基于TMS320C6711的數(shù)字語(yǔ)音壓縮系統(tǒng)

語(yǔ)音的數(shù)字通信以信道占用寬頻帶寬為代價(jià)實(shí)現(xiàn)抗干擾等功能。必須對(duì)數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼。

　　目前，G.729A算法多是在TI的5000系列DSP上實(shí)現(xiàn)單通道或雙通道語(yǔ)音壓縮，而本設(shè)計(jì)在現(xiàn)有的TMS320C6711系列DSP平臺(tái)上使用最少的硬件資源和軟件開(kāi)銷，壓縮編碼解碼時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了多通道語(yǔ)音實(shí)時(shí)壓縮解壓。

　　選擇語(yǔ)音壓縮編碼方案

　　在評(píng)價(jià)一個(gè)語(yǔ)音壓縮編碼方案時(shí)，一般從四個(gè)方面考慮：質(zhì)量、速率、復(fù)雜度和延時(shí)。目前 ITU-U已制定的G系列標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

　　本系統(tǒng)需要的是一種低碼率、語(yǔ)音質(zhì)量良好、低時(shí)延、較低算法復(fù)雜度的壓縮方案，從表1中可以看出，從低碼率考慮就可以排除G.711、G.721、G.722和G.723。G.726在速率為16Kb/s 時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量為2.0，這顯然是不可以接受的。在余下的G.723.1、G.729、G.729A中，可以看到G.723.1的算法復(fù)雜度較大，而且延時(shí)較長(zhǎng)，所以也被排除。和G.729相比，在算法復(fù)雜度方面，G.729A有較大優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上， G.729A是G.729的一個(gè)簡(jiǎn)化版本，在語(yǔ)音質(zhì)量基本維持不變的情況下，算法簡(jiǎn)化了很多。所以本系統(tǒng)最后選用 G.729A算法。

　　G.729A編碼方案是電話帶寬的語(yǔ)音信號(hào)編碼的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)輸入語(yǔ)音性質(zhì)的模擬信號(hào)用8kHz、采樣，16比特線性PCM量化。CS-ACELP是基于碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)的編碼模式，每80個(gè)樣點(diǎn)為一語(yǔ)音幀，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)分析并提取各種參數(shù)，把這些參數(shù)編碼發(fā)送。在解碼端，把收到的比特流恢復(fù)成參數(shù)編碼，解碼后得到各個(gè)參數(shù)，用自適應(yīng)碼矢序號(hào)從自適應(yīng)碼本中得到自適應(yīng)碼矢，用固定碼矢序號(hào)從固定碼本中得到固定碼矢，分別乘以它們的增益，按點(diǎn)相加后構(gòu)成激勵(lì)序列。用線性預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)構(gòu)成合成濾波器。用自適應(yīng)碼本方法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)或基音合成濾波，計(jì)算出合成語(yǔ)音后，用后置濾波器進(jìn)一步增強(qiáng)音質(zhì)。G.729A算法編碼器原理框圖如圖1所示。

　　圖1 G.729A算法編碼器原理框圖

　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　數(shù)字信號(hào)處理器具有運(yùn)行速度快、性價(jià)比高、功耗低、開(kāi)發(fā)快的特點(diǎn)。本系統(tǒng)選擇的TMS320C6711是高性能浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，可以成功地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓縮和解壓。

　　1 系統(tǒng)原理框圖

　　本系統(tǒng)以TMS320C6711為核心，外擴(kuò)32MB SDRAM和2MB FLASH。DSP仿真器用于DSP的在線調(diào)試開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)軟件在線控制DSP的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠查看DSP內(nèi)部寄存器。PC是開(kāi)發(fā)人員和DSP系統(tǒng)之間的交互界面，通過(guò)PC上安裝的CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)人員可以在友好的圖形界面下對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行操作。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

　　圖2 系統(tǒng)硬件框圖

　　2 模擬電路接口設(shè)計(jì)

　　TLV320AIC10芯片模擬電路設(shè)計(jì)包括麥克風(fēng)接口設(shè)計(jì)和揚(yáng)聲器接口設(shè)計(jì)，由于TLV320AIC10輸出具有600Ω驅(qū)動(dòng)能力，足夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)耳機(jī)，也可以經(jīng)過(guò)一個(gè)功率放大芯片驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，所以輸出電路較為簡(jiǎn)單。

　　TLV320AIC10內(nèi)置運(yùn)算放大器電路，可以方便的與麥克風(fēng)接口，接口電路如圖3所示。應(yīng)當(dāng)注意的是VMID引腳最大輸出電流為5mA，為了防止輸出電流超過(guò)限制，應(yīng)當(dāng)串聯(lián)一個(gè)起保護(hù)作用的電位器RP1。

　　圖3 模擬電路接口

　　3 數(shù)字電路接口設(shè)計(jì)

　　TLV320AIC10 支持與 TI 5000和6000 系列的無(wú)縫接口。TLV320AIC10 通過(guò) McBSP接口與TMS320C6711 DSP相連，如圖4所示。

　　圖4 數(shù)字電路接口

　　注意，TLV320AIC10采用主模式，由TLV320AIC10 向TMS320C6711 DSP 提供串行通信頻率 SCLK。MCLK 提供TLV320AIC10 的工作頻率，包括串行通信頻率SCLK和采樣頻率fs。串行通信頻率為MCLK 的二分頻，fs與MCLK關(guān)系如下：fs= MCLK/(256×N)，N = 1，2...，32。在本系統(tǒng)中 N為4，fs為8000，故MCLK是8.19MHz。