基于DSP的语音采集和回放系统的实现

王丽琴，史 航

（1.常州信息职业技术学院，江苏 常州 213000；2.江苏理工学院，江苏 常州 213000）

语音信号广泛存在于日常生活和工业生产过程中,具有信号频谱较全、采样速度较低、随机性强、应用场合多、实时性和稳定性等特点。语音信号处理是一门重要的学科，在数字话音通信、声控打字机、自动语音翻译、多媒体信息处理等许多方面有重要的应用，如语音电子信箱、语音浏览、语音导航等。随着数字信号处理算法在DSP中的实现，很多以前很难实现的语音信号处理算法都可以在DSP中实现。

1 数字信号处理器DSP

DSP是数字信号处理器（Digital Signal Processing）或集成的单片数字信号处理器（Digital Signal Processor）的缩写。DSP技术是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工以达到提取信息和便于应用目的的一种技术。DSP技术包括数字信号处理的理论和数字信号处理的实现。

DSP是数字信号处理系统的核心，一般由CPU、片内外设和存储空间构成。TMS320VC5509 DSP芯片是目前集成度较高的通用型DSP，能提供完备的系统解决方案，具有96K×16位的单口 SRAM、32K×16位的双口 SRAM、32K×16位的ROM和6通道的DMA（直接存储器存储）。此外，TMS320VC5509 DSP芯片还含有USB 1.0接口、用于全双工通信的3个多通道缓冲串行接口（McBSP）、watchdog定时器、32KHz晶振输入和单电源的实时时钟、片上10位AD连接微控制器的I2C总线接口以及用于芯片内的编解码器、增强型16位主机接口、两个16位定时器等。因此，TMS320VC5509 DSP可以广泛地支持DSP系统板上的外围器件，包括用于直接连接PC或其他USB主机设备的USB 1.0端口，并能遵循大多数流行的可移动存储标准，以及多媒体的文件格式。鉴于以上因素，本系统选用的DSP芯片为TMS320VC5509。

2 系统工作原理

语音采集和回音系统中的I2C接口模块由串行数据SDA和串行时钟SCL组成，SDA和SCL均为双向接口。连接在同一总线上的I2C设备可以工作在多主线工作模式下，包括TMS320C55xDSP在内的每个I2C设备都有唯一的设备地址可供软件寻址。其中主设备用于发送时钟并启动数据传输，被主设备寻址的则为从设备。这些设备根据各自的功能，既可以作为发送器，也可以作为接收器。

当系统进行初始化配置时，DSP通过I2C总线将配置命令发送到TLV320AIC23，并在配置完成后TLVAIC23开始工作。输入语音信号时，TLV320AIC23先通过其中的AD转换采集输入的语音信号，每采集完一个信号便将数据发送到DSP的McBSP接口上，以便DSP可以读取语音数据。每个数据均为16位无符号整数，左右通道各有一个数值。语音信号输出时，可由DSP将语音数据通过McBSP接口发送给TLV320AIC23，再由TLV320AIC23的DA器件将他们变成模拟信号输出。

3 软件设计

本系统的软件主要由主程序和数字回音处理程序两部分组成。其中主程序主要完成系统的初始化,如EMIF（外部存储器接口）、CPU频率、TLV320AIC23的初始化等,结束之后,再循环调用数字回音模块；数字回音模块主要用于初始化语音缓冲区和工作变量、读取语音数据并保存,然后根据延迟参数读回保存数据，并根据音效参数与当前声音混响把最后的语音数据输出到McBSP0。

在选择需要制作数字回音时，同时可选择设置两个参数delay和effect，分别控制回音的延时及响度。

CCS（Code Composer Studio）是TI推出的用于开发其DSP芯片的集成开发环境，它采用新Windows风格界面，集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试及实时跟踪等功能于一体，极大地方便了DSP程序的设计与开发。本系统的实现是在基于TMS320VC5509 DSP的语音处理系统实验箱的CCS环境下完成的。

通用DSP开发系统的一端连在计算机的DSP接口上，另一端接在DSP主处理板的JTAG仿真插口，即可将编写的程序在CCS环境下通过上述连接加载到DSP芯片中；用导线连接计算机的耳机接口和DSP主处理板的麦克风输入接口并播放一段语音信号，既可对输入的语音信号进行采样、模数转换等处理；用导线将DSP主处理板的耳机输出与实验箱的扬声器接口连接，即可播放除除经过算法处理后的语音。

4 结语

语音是人们用来交流信息的最基本最直接的手段，数字语音信号所携带的信息量大，但数字化后的语音信号所占频带大大加宽。本文主要研究DSP技术，利用计算机以数字方式通过计算来模拟回声效应，主要采用C语言来对语音信号采集和回放的实现，并在CCS环境下进行功能仿真，得到变换后语音。简单地讲，就是在原声音流中叠加延迟一段时间后的声流来实现回音效果。如此产生的回音，我们称之为数字回音。

［1］苏桃.浅谈语音压缩编码的发展和应用［J］.科技情报开发与经济，2006，16（22）：157-158.

［2］刘玺.基于DSP语音处理系统的研究应用［D］.四川：四川大学，2006.