基于DSP的語音實時變速系統(tǒng)設(shè)計*

　　摘要： 基于DSP的語音實時變速系統(tǒng)具有鍵盤控制功能和語音錄放功能，而且具有高速、通用、靈活的特點。

　　關(guān)鍵詞： 語音信號;變速;實時;DSP

　　引言

　　在外語多媒體教學中，要求對語速進行快慢控制，以適應(yīng)不同程度學生的需求。然而，傳統(tǒng)的語音變速產(chǎn)品往往在教師改變語速的同時，也改變了原說話者的語調(diào)，不能達到教學的真正目的。因此，語音變速系統(tǒng)應(yīng)當具備調(diào)整語速的同時，還需要保證原說話者語調(diào)保持不變的特點。本文介紹的就是一種基于TMS320C5409的語音實時變速系統(tǒng)。另外，考慮到在實際系統(tǒng)中語音的壓縮存儲和語音變速往往是同時需求的，因此本文提出一種基于LPC低比特率語音編碼算法的語音變速算法，該算法能夠任意調(diào)整語音語速。

　　LPC算法

　　LPC編碼將語音信號S(n)看作一個時變的聲道系統(tǒng)在聲門的激勵之下的輸出信號。對濁音而言，聲門激勵為一周期脈沖串;而對清音而言，聲門激勵為隨機噪聲序列。語音信號的簡化框圖如圖1所示。

圖1  語音信號的簡化框圖

　　在LPC編碼中，可以將一幀的語音信號用簡化模型的參數(shù)來表示，如濁音、清音判別，基音周期，增益G以及數(shù)字濾波器系數(shù){a1}，這樣就可以獲得3kb/s的編碼。解碼時，由于在LPC編碼中，濁音可以看作是一周期脈沖串的激勵，其中，脈沖周期為基音周期，因此，為了改變語音的速率，我們將語音的幀長變長，在其中再加入若干的脈沖串的激勵即可得到變速的語音信號。

　　硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　本系統(tǒng)是一個完善的應(yīng)用系統(tǒng)，主要完成對語音信號的實時LPC編解碼及語音變速，此外，還具有鍵盤控制功能和語音錄放功能。因此，本系統(tǒng)不但需要外部的SRAM存放語音數(shù)據(jù)，而且需要與DSP相連接的鍵盤控制設(shè)備。本系統(tǒng)主要由TMS320C5409、TLC320AD50、SST39VF400A和CY7C133等構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖2所示。TMS320C5409內(nèi)部提供的32K字片內(nèi)RAM用來存放實時運行的程序和數(shù)據(jù)，片外SRAM(CY7C133)用于存放編碼后的語音數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的工作過程如下：系統(tǒng)加電后，通過復位建使TMS320C5409復位。TMS320C5409復位后，由內(nèi)部固化的自引導程序?qū)lash(SST39VF400A)上的程序和初始化數(shù)據(jù)搬移到片內(nèi)RAM，然后TMS320C5409根據(jù)鍵盤的控制執(zhí)行操作，運行LPC編碼運算(錄音)、LPC解碼和語音變速(放音)，調(diào)整語音變速速率。

圖2 系統(tǒng)框圖

　　TMS320C5409用于實現(xiàn)語音的編解碼算法，TLC320AD50用于完成語音信號的數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能。TMS320C5409與TLC320AD50之間通過McBSP串口通信。為了減輕CPU的負擔，本系統(tǒng)中設(shè)計McBSP通過DMA收到或發(fā)送完一組單元后，再給CPU中斷的方式跟CPU通信。TMS320C5409與TLC320AD50的接口如圖3所示。

圖3  TMS320C5409與TLC320AD50的接口

　　采用DMA的方式，即串口每收到或發(fā)送一組單元，都會自動觸發(fā)DMA將其搬送到一個內(nèi)部的Buffer中，等Buffer滿了再通過中斷方式告訴CPU處理。這時DMA最好采用ABU(Auto Buffering)模式，可以有效防止Buffer中的數(shù)據(jù)在串口速率較高時被新數(shù)據(jù)沖掉的問題。在進行語音變速時，只需要將DMA通道的幀長做相應(yīng)的改變即可。

　　SST39VF400A(256K