【正文】 。 雙音多頻信號(hào)的組成在本論文中，由對(duì)講機(jī)發(fā)出的數(shù)字信息碼就是雙音多頻信號(hào)。DTMF信號(hào)除了在電話系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用以外，在其他交互控制應(yīng)用領(lǐng)域，如電話銀行、ATM(自動(dòng)取款機(jī))等，同樣得到了廣泛的應(yīng)用。2系統(tǒng)軟件理論基礎(chǔ)輸入系統(tǒng)的信號(hào)主要有雙音多頻信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)兩種[1]，相關(guān)的基礎(chǔ)理論也主要是針對(duì)這兩類信號(hào)的不同的處理算法，即雙音多頻的解碼算法——Goertzel算法和語(yǔ)音壓縮編碼算法——[2]。數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理相結(jié)合的產(chǎn)物。語(yǔ)音編碼屬于信源編碼。隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，語(yǔ)音處理技術(shù)在最近20多年中取得了重大的進(jìn)展。之后，本文較為詳細(xì)地論述了系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)方法，其中包括A/D控制字的編寫(xiě)、語(yǔ)音壓縮編碼處理、。彭國(guó)卿 《基于DSP技術(shù)的語(yǔ)音監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》 第 43 頁(yè) 共 43 頁(yè) 基于DSP技術(shù)的語(yǔ)音監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名：彭國(guó)卿 指導(dǎo)老師：肖紅光摘 要：本文的主要工作是在研究算法的基礎(chǔ)上，將語(yǔ)音監(jiān)控系統(tǒng)在DSP上進(jìn)行了軟件實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，本文對(duì)重點(diǎn)程序進(jìn)行了調(diào)試和相關(guān)的測(cè)試，詳細(xì)介紹了調(diào)試的工具和重點(diǎn)程序模塊的調(diào)試方法。語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)主要有四大分支——語(yǔ)音增強(qiáng)、語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成和語(yǔ)音識(shí)別。自從上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及編碼理論的發(fā)展和進(jìn)步，語(yǔ)音編碼技術(shù)取得了許多突破性的進(jìn)展，研究出許多實(shí)用的編碼方案。DSP獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它具有運(yùn)算速度快、可編程和接口靈活等特點(diǎn)，能快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。下面分別對(duì)這兩種算法作以介紹。雙音多頻信號(hào)由8個(gè)固定頻率組成，其中4個(gè)行頻率、4個(gè)列頻率。該信號(hào)記錄了所使用的對(duì)講機(jī)的編號(hào)，可以作為系統(tǒng)的監(jiān)控碼使用，以鑒別語(yǔ)音信號(hào)的發(fā)送者。這一部分在后續(xù)的硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)中將有詳細(xì)的介紹。 雙音多頻信號(hào)的解碼檢測(cè)框圖 Goertzel算法DTMF信號(hào)的解碼是基于Goertzel算法的，也稱為高斯算法。 Goertzel算法的計(jì)算流圖，Goertzel算法由前向通道和后向通道組成。這種只考慮信號(hào)的幅度平方的算法被稱作Goertzel優(yōu)化算法。DTMF解碼器相當(dāng)于含有8個(gè)固定參數(shù)的濾波器，參數(shù)值可由 (27)確定。相關(guān)參數(shù)可以處理為數(shù)組的形式，調(diào)用的時(shí)候采用查表的方式即可。與一般的低碼率語(yǔ)音編碼算法一樣。壓縮后傳輸?shù)膮?shù)包括線性預(yù)測(cè)系數(shù)、自適應(yīng)碼本延時(shí)和增益、激勵(lì)脈沖位置和符號(hào)等。(2) 語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理在處理語(yǔ)音信號(hào)之前，一般要將語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)一個(gè)高通濾波器，以濾除直流分量和低頻分量。(LP)進(jìn)行分析，并將上述一幀信號(hào)分成4個(gè)子幀，每個(gè)子幀含有60個(gè)樣值，對(duì)每個(gè)子幀獨(dú)立進(jìn)行LPC分析。用上述LPC系數(shù)構(gòu)建合成濾波器，其定義如下： (29)其中，是LPC系數(shù)，i表示第i個(gè)子幀，j表示第j個(gè)LPC系數(shù)。其中后面兩個(gè)部分屬于模擬解碼模塊，該解碼模塊模擬實(shí)現(xiàn)接收端的解碼過(guò)程，并將結(jié)果反饋給加權(quán)合成濾波器以調(diào)整濾波器的系數(shù)。對(duì)LSP殘差矢量分裂出來(lái)的三個(gè)子矢量分別用8bit的碼本進(jìn)行量化，量化采用加權(quán)均方誤差最小準(zhǔn)則；5）將碼本搜索后得到的量化表的索引值傳送到輸出端。對(duì)每一子幀都要構(gòu)建共振峰感知加權(quán)濾波器W(z)，所使用的系數(shù)為每一子幀的未矢量化的LPC系數(shù)。對(duì)于每一幀計(jì)算兩次基音周期，即對(duì)每一幀中的前兩個(gè)子幀和后兩個(gè)子幀分別進(jìn)行開(kāi)環(huán)基音估計(jì)。(7) 諧振峰噪聲整形濾波器如上所述，加入諧振峰噪聲整形濾波器的目的，也是為了提高語(yǔ)音信號(hào)的編碼質(zhì)量。使得CPW(j) 取得最大值的j即為最佳時(shí)延L。為了編解碼器中的合成濾波器的狀態(tài)的一致性，在進(jìn)入搜索部分之前，要先在信號(hào)中減去合成濾波器中將要產(chǎn)生的零輸入響應(yīng)[8]。因此需要進(jìn)行基于子幀的閉環(huán)基音搜索，以較為準(zhǔn)確地確定基音周期的數(shù)值，并進(jìn)行自適應(yīng)碼本搜索。所使用的矢量量化碼本有2個(gè)，分別為85個(gè)和170個(gè)量化矢量。殘差余量信號(hào)用表示，用逼近。1) 多脈沖最大似然量化(MPMLQ)高碼率編碼()采用MPMLQ算法。為了減少計(jì)算量，該算法中采用準(zhǔn)最優(yōu)化搜索算法，過(guò)程如下：首先，估計(jì)用最大似然法計(jì)算增益的估計(jì)值Gmax的表達(dá)式如下： (218)然后對(duì)進(jìn)行對(duì)數(shù)量化，在的搜索范圍內(nèi)，對(duì)每一個(gè)增益值對(duì)奇數(shù)位置和偶數(shù)位置各進(jìn)行一次和的搜索，最終選取使得均方誤差最小的參數(shù)組合進(jìn)行傳送。需要注意的是，最后兩個(gè)脈沖中的最后一個(gè)脈沖位置(即60，62)已經(jīng)超過(guò)了子幀的邊界，即位于本子幀范圍之外，表示該脈沖并不存在。14，12，20，28，36，44，52，(60)第4個(gè)脈沖177。碼本搜索同樣采用殘差余量信號(hào)與之間的均方誤差最小來(lái)計(jì)算。因此，輸入整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)有兩類：雙音多頻信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)。輸入的語(yǔ)音信號(hào)和雙音多頻信號(hào)是模擬信號(hào)，而DSP可以處理的數(shù)據(jù)必須是數(shù)字信息，因此要在兩者之間加入A/D芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。綜上所述，[9]。DSP與A/D和PC之間的連接分別采用McBSP0和McBSP1，關(guān)于McBSP的介紹和設(shè)置將在后面的章節(jié)中有所闡述。這三款DSP芯片分別是MS320C540TMS320C2812和TMS320C5509。其片內(nèi)設(shè)置為程序ROM：4K字、程序／數(shù)據(jù)ROM：4K字、DARAM：16K字。TMS320C55x DSP是德州儀器(TI)C5000 DSP系列里面較新的一代的16位定點(diǎn)DSP內(nèi)核，具有低功耗、高效率、代碼密度高等優(yōu)點(diǎn)，完全兼容C54x系列。對(duì)于本論文而言，出于對(duì)處理速度的考慮，需要將程序代碼和所用到的變量、堆棧等放在DSP的片上存儲(chǔ)區(qū)中，以減少運(yùn)算時(shí)間。C55x繼承了C54x的發(fā)展趨勢(shì)，低功耗，低成本，在有限的功略條件下，保持最好的性能。其指令長(zhǎng)度從8bit到48bit，即1～6字節(jié)。與此同時(shí)，40bit的ALU可以完成32bit的運(yùn)算，或者兩個(gè)16bit的運(yùn)算。緩存和解碼應(yīng)用程序的指令。跟蹤程序的執(zhí)行點(diǎn)。正式由于該單元的存在，使C55x高效的尋址模式成為可能。這是DSP的心臟，對(duì)所處理的數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算。 多通道緩存串口McBSP的使用（1）McBSP的主要特點(diǎn)[11]l 多通道緩沖串口可以提供：l 全速雙工通信l 雙緩存發(fā)送和三緩存接收，支持連續(xù)傳送l 接收和發(fā)送使用獨(dú)立的時(shí)鐘l 發(fā)送中斷到CPU，發(fā)送同步事件到DMA控制器l 128通道收發(fā)l 多通道選擇模式可以允許或禁止每個(gè)通道l 直接與多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口、模擬接口以及串行ADC/DAC接口l 可由外部提供時(shí)鐘與幀同步信號(hào)l 內(nèi)部可變成采樣率發(fā)生器可控制時(shí)鐘和幀同步信號(hào)l 可以選擇幀同步脈沖和時(shí)鐘信號(hào)的極性l 字寬可選：1124和32bitl ulaw和A1aw壓縮擴(kuò)展l 8bit傳輸時(shí)可以選擇先傳LSB或MSBl 多個(gè)狀態(tài)bit標(biāo)志異常和錯(cuò)誤l 多通道緩沖串口信號(hào)引腳，可配置為通用輸入／輸出引腳(2) McBSP的工作原理McBSP包括一個(gè)數(shù)據(jù)流通路和一個(gè)控制通路，通過(guò)以下7個(gè)引腳與外部設(shè)備連接。發(fā)送時(shí)，CPU或DMA控制器將數(shù)據(jù)寫(xiě)到數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器(DXRDXR2)。這樣，可以同時(shí)進(jìn)行內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)通信。所以使用時(shí)，一般是先通過(guò)初始化設(shè)置，向McBSP寫(xiě)入合適的控制字，將其設(shè)置到需要的狀態(tài)。這部分將在第四章中進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述。 在主機(jī)接口(HPI)和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)在本論文中，由于待壓縮的語(yǔ)音信息的數(shù)據(jù)量比較大，片內(nèi)資源不能滿足其需要，故需要將待處理的語(yǔ)音數(shù)據(jù)存放在片外。經(jīng)過(guò)分析與比較，選定AD73360芯片。各個(gè)通道的采樣速率有8kHz、16kHz、32kHz和64kHz等多種選擇，利用控制字就可以方便地對(duì)采樣速率進(jìn)行選擇。此時(shí)，模擬量輸入通道的最大數(shù)目達(dá)到48路，這樣就可以給系統(tǒng)的模擬量輸入通道的數(shù)目擴(kuò)展帶來(lái)了極大的方便，也為項(xiàng)目的擴(kuò)展升級(jí)做好了充分的準(zhǔn)備。2) AD73360使用六線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同步串行接口。（2）AD73360的控制方法AD73360內(nèi)部共有8個(gè)控制寄存器，分別是CRACRH，它們所占用的地址為0~7，每個(gè)控制寄存器的長(zhǎng)度為8位。關(guān)于初始化控制字的相關(guān)程序?qū)⒃诘谒恼轮性敿?xì)介紹。在選擇AD73360的采樣速率和數(shù)據(jù)傳送速率時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的是確保在采樣間隔中能將經(jīng)過(guò)采樣得到的所有數(shù)字信息傳輸給DSP，以免數(shù)據(jù)丟失。CCS工作在Windows操作系統(tǒng)下，類似于VC++的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用圖形接口介面，提供有編輯工具和工程管理工具。此外，還提供了豐富的輸入/輸出庫(kù)函數(shù)和信號(hào)處理的庫(kù)函數(shù)，極大地方便了TMS320系列DSP軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。C5000 CCS是專為開(kāi)發(fā)C5000系列DSP應(yīng)用設(shè)計(jì)的，包括TMS320C54x和TMS320C55x DSP。這種特點(diǎn)的形成原因主要是：在編寫(xiě)DSP程序之前首先必須要熟悉所用DSP芯片的匯編指令集；另外，不同公司的DSP芯片所提供的匯編指令集是各不相同，甚至即使是同一公司的DSP芯片．由于芯片類型的不同以及芯片的升級(jí)更新，其所支持的匯編指令集也不盡相同。這樣能夠充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，解決易讀性和效率之間的矛盾。即當(dāng)DSP收到多路數(shù)據(jù)后，按照通道依次進(jìn)行處理。當(dāng)將初始化執(zhí)行完畢之后，開(kāi)啟AD，準(zhǔn)備接收采樣數(shù)據(jù)，并將采樣所得四路數(shù)據(jù)送入SDRAM進(jìn)行緩存，每次讀取一路數(shù)據(jù)(即240個(gè)采樣點(diǎn))送入DSP進(jìn)行處理。目前大部分C5000和C6000系列的DSP都已經(jīng)設(shè)計(jì)了各自的CSL庫(kù)，通過(guò)對(duì)庫(kù)的調(diào)用即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP片上外設(shè)的配置、控制和管理，可以免除用戶編寫(xiě)配置和控制片上外設(shè)所必須的定義和代碼，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程。 基本的資源管理：對(duì)多資源的片上外設(shè)進(jìn)行管理；216。大多數(shù)CSL庫(kù)函數(shù)是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，并且已經(jīng)對(duì)代碼的大小和速度進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，初始化已經(jīng)不像以前那樣繁雜，因?yàn)镃SL庫(kù)已經(jīng)幫助使用者完成了寄存器和地址之間的映射問(wèn)題，現(xiàn)在只需調(diào)用和填寫(xiě)函數(shù)的參數(shù)即可。第14位bit是讀寫(xiě)模式的選擇；第11～13bit為設(shè)備地址，即為AD芯片的片選地址，在本論文中，僅用到一塊AD芯片，所以這三位bit統(tǒng)一設(shè)置為000；第8～10bit為寄存器的地址，具體地址分配見(jiàn)表42；最后8bit為輸入寄存器的數(shù)據(jù)，根據(jù)最高bit來(lái)判定是數(shù)據(jù)還是控制字。注意到AD接收的控制字為16bit，那么庫(kù)函數(shù)選擇為MCBSP_writel6(hMcbsp，vall6)，其中hMcbsp為所使用的McBSP的寄存器的名稱，vall6為待寫(xiě)入的16位控制字的數(shù)據(jù)。注意，此時(shí)并沒(méi)有數(shù)據(jù)信息讀入AD73360。最后一個(gè)控制字主要用于通道1的增益調(diào)整，也可以不寫(xiě)入。這些有效性的判斷包括如信號(hào)強(qiáng)度是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，即其行列頻率分量的平方幅度是否高于規(guī)定的門限值；檢測(cè)到的數(shù)字信息之后是否有停頓狀態(tài)，只有其后具有停頓狀態(tài)的數(shù)字信息才被認(rèn)定為有效的雙音多頻信號(hào)等。在本論文中，采用算法的經(jīng)典COUNT值，將其設(shè)置為204。用到這些系數(shù)的時(shí)候，采用查表法即可直接調(diào)用。接下來(lái)，進(jìn)行LSP量化過(guò)程。調(diào)用Wght_LPC() 函數(shù)，并利用未經(jīng)量化的LPC系數(shù)計(jì)算感知濾波器的系數(shù)；并調(diào)用Error_Lpc()函數(shù)執(zhí)行上述濾波器。分別調(diào)用Comp_Ir()函數(shù)和Sub_Ring()函數(shù)來(lái)計(jì)算共振峰感知加權(quán)濾波器、諧振峰噪聲濾波器和LPC合成濾波器三者組合輸出的沖激響應(yīng)和零輸入響應(yīng)，以產(chǎn)生碼本搜索的輸入信號(hào)。采用查詢方式，開(kāi)辟接收Buffer(RxCharBuf)和發(fā)送Buffer(TxCharBuf)分別用于存儲(chǔ)由McBSP接收到的數(shù)據(jù)信息和已經(jīng)打包后準(zhǔn)備向PC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。可以判定TxCharBuf中的數(shù)據(jù)是否可以發(fā)送。然后依次查詢狀態(tài)標(biāo)志位，以判定接下來(lái)的操作。中斷向量表中的中斷向量的順序由不同的DSP芯片來(lái)決定，可以查詢相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)得到。如：.mmregs //設(shè)置中斷向量表