【正文】 ........................ 14 ............................................................................................................................. 16 第四章 DSP 介紹及基于 DSP 實時語音處理系統(tǒng)的設(shè)計 .............................................................. 17 DSP 概述 ..................................................................................................................... 17 DSP 芯片的基本結(jié)構(gòu) .......................................................................................... 17 DSP 的運算速度 ................................................................................................. 19 DSP 應(yīng)用系統(tǒng) ................................................................................................... 20 DSP 實時語音處理系統(tǒng) ......................................................................................... 21 DSP 實時語音處理系統(tǒng)的構(gòu)成 .................................................................... 21 DSP 實時語音處理系統(tǒng)的設(shè)計過程 ............................................................. 21 DSP 實時語音處理系統(tǒng)的開發(fā)工具 ............................................................. 23 第五章 基于譜減法的語音增強在 DSP 環(huán)境下的實現(xiàn) ................................................................. 25 DSP 環(huán)境下實時實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件組成 .................................... 25 .................................................................. 25 CCS (Code Composer Studio) DSP 集成開發(fā)環(huán)境 ............................................................. 27 DSP環(huán)境下的實時實現(xiàn) ........................................................... 27 ................................................................................................. 27 IV .......................................................................................... 29 ................................................................................................. 32 .................................................... 32 ............................................................................ 35 第六章 結(jié)論與展望 ................................................................................................................... 37 ................................................................................................. 37 ................................................................................................. 37 致 謝 ........................................................................................................................................ 38 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................... 39 附錄 外文文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 40 1 第一章 緒論 課題研究意義 當(dāng)今世界正處在信息時代。通常情況下，語音增強的主要目標(biāo)是從帶噪語音信號中提取盡可能純凈的原始語音。到了 20 世紀(jì) 70年代，隨著數(shù)字 信號處理理論的不斷發(fā)展，人們對語音增強技術(shù)的研究形成了一個高潮 ,些基礎(chǔ)性成果，這使語音增強發(fā)展 成為語音信號數(shù)字處理的一個重要分支。 語音增強 算法可從信號輸入的通道數(shù)上分為單通道的語音增強算法與多通道的語音 強算法。語音增強的算法從處理方法上大體上可以分為 4 類 :噪聲對消法，基于語音譜特征的諧波增強法，基于短時譜幅度估計的語音增強算法和基于參數(shù)估計的語音合成法。在對高級語言仿真程序進(jìn)行測試分析之后，在系統(tǒng)上實現(xiàn)語音信號的增強。聲帶開啟和閉合使氣流形成一系列脈沖。 人的聽覺特性 一個完整的語音通信系統(tǒng)總是涉及到說 （語音的產(chǎn)生）和聽（語音的接收）兩個方面，正常人的聽覺系統(tǒng)是極為靈敏的，人耳所能感覺的最低聲壓接近空氣中分子熱運動所產(chǎn)生的聲壓。 聲道模型 聲道可近似地看作是由多段均勻截面積的聲管級聯(lián)而成，采用流體力學(xué)的方 法可以推導(dǎo)出， N 節(jié)級聯(lián)的無損聲管的系統(tǒng)函數(shù)是一個 N 階的全極點函數(shù)： ?? ?? pi iizazv 01)( (21) 其中 0a ＝ 1， ia 為實數(shù)， p 為全極點濾波器的階。 預(yù)濾波、采樣、 A/D 變換 預(yù)濾波的目的有兩個： (1)抑制輸入信號各頻域分量中頻率超出 2sf (sf 為采樣率 )以防止混疊干擾。根據(jù)不同應(yīng)用，通常采用矩形窗、海明窗和漢寧窗等窗函數(shù)來逼近理想的頻率響應(yīng)。為了將 nws??? 的點數(shù)從 N 擴大為 1N ，可以在擴大的部分添 若干 的0 采樣值。短時過零率也可以表征清音幀與濁音幀，及區(qū)別語音的有無。 (1)人耳對語音的感知是通過語音信號中各頻譜分量幅度獲得的，對各分量的相位則不敏感； 9 (2)人耳對頻譜分量強度的感受是頻率和能譜的二元函數(shù)，響度與頻譜幅度的對數(shù)成正比； (3)人耳有掩蔽效應(yīng)，掩蔽的程度是聲音強度與頻率的二元函數(shù)。 2． 脈沖噪聲 表現(xiàn)為時域波形中突然出現(xiàn)的窄脈沖，來源于爆作、撞擊和放電等。但當(dāng)多個語音疊合在一起，在單信道傳輸時，雙耳信號因合并而消失。 DRT 是反映清晰度或可懂度的一種測試方法，使用若干對同韻母進(jìn)行測試，其主要用于低速率語音編碼的質(zhì)量測試。 假定語音為平穩(wěn)信號，而噪聲和語音為加性信號且彼此不相關(guān)。對于一個分析幀內(nèi)的時平穩(wěn)過程，有： )(22 kSY nkk ??? (34) 其中， n? ?（ k) 為無語音時 2kN 的統(tǒng)計平均值，即 n? ?（ k) ＝ 2kEN?????。 )，直接求解有一定的困難。 譜 減 法 的實現(xiàn)與仿真 基于 MATLAB 實現(xiàn)譜減法的仿真，其程序流程圖如圖 32 所示： 15 圖 32 譜減法語音增強仿真實現(xiàn)流程圖 譜減 法 是利用噪聲的統(tǒng)計平穩(wěn)性以及加性噪聲與語音不相關(guān)的特點而提出的一種語音增強方法。 2. 譜減方法的優(yōu)點在于方法較簡單 (只需要進(jìn)行傅立葉正、反變換 )，而且得到的增強結(jié)果和其它更復(fù)雜方法的結(jié)果相當(dāng)甚至更好。數(shù)字信號處理的任務(wù)是完成大量的實時計算，如常用的 FFT 快速算法和 FIR 濾波。 (7)可以并行執(zhí)行多個操作。 (5)快速的指令周期。諾依曼結(jié)構(gòu)相比，哈佛結(jié)構(gòu)更適合處理具有高度實時要求的數(shù)字信號。乘法速度越快， DSP 的性能就越來越高。如TMS320VC5416 DSP 在主頻為 160MHz 時的指令周期是 。 DSP 應(yīng)用系統(tǒng) DSP 應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 41 典型的 DSP應(yīng)用系統(tǒng)框圖 輸入的信號首先進(jìn)行濾波和采樣，換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。之所以會以如此迅速的速度發(fā)展，是因為 DSP 系統(tǒng)有其自身的優(yōu)點。 (7)易于集成。 語音輸入 抗混疊濾波 A/D DSP芯片 D/A 平滑濾 波 語音輸出 22 圖 43 基于 DSP實時語音處理系統(tǒng)地設(shè)計流程 基本的設(shè)計過程可以描述如下 定義系統(tǒng)性能指標(biāo) 在設(shè)計 DSP 語音處理系統(tǒng)之前，首先必須根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)和語音處理的要求。 軟件調(diào)試 DSP 硬件和軟件設(shè)計完成后，就需要進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。 24 表 開發(fā)語音處理 系統(tǒng)需要的工具 開發(fā)步驟 開發(fā)內(nèi)容 開發(fā)工具支持 硬件支持 軟件支持 1 算法模擬 計算機 C 語音、 MATLAB 語音等 2 DSP 軟件編程 計算機 編譯器 3 DSP 軟件調(diào)試 計算機、 DSP 硬件仿真器等 DSP 代碼生成工具、 DSP 代碼調(diào)試工具 4 DSP 硬件設(shè)計 計算機 電路設(shè)計軟件 5 DSP 硬件調(diào)試 計算機、 DSP 硬件仿真器、示波器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀等 相關(guān)支持軟件 6 系統(tǒng)集成 計算機、 DSP 硬件仿真器、編程器、示波器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀等 相關(guān)支持軟件 其中，有些工具也不一定是必備的，也有些是可選的。其獨立的程序和數(shù)據(jù)總線提供了高度的并行操作，允許同時訪問程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，并且具有并行存儲和專門用處的指令可以利用這種并行結(jié)構(gòu)。 ③ 特殊功能寄存器。所有 C54x 只有兩個通用 I/O。 C54x 的串行接口分為四種 :同步串行接口、帶緩沖的同步串行接口(BSP, Buffered Serial Port)、多通道緩沖串口 (McBSP, Multichannel BSP)和時分復(fù)用(TDM)串行接口。當(dāng)產(chǎn)生中斷后， C54x 會掛起主程序，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷對應(yīng)的中斷服務(wù)程序 (ISR, Interrupt Service Routine)。 27 CCS (Code Composer Studio) DSP 集成開發(fā)環(huán)境 CCS 是 TI 公司推出的 DSP 集成開發(fā)環(huán)境。在 McBSPO 串口的數(shù)據(jù)接收通道，數(shù)據(jù)經(jīng)過三級緩沖后由 DMA4 將數(shù)據(jù)按每單元 16bit(即一個采樣值 )搬運到在 DSP 中開辟的以6000h 為基地址的容量為 128x 16bit 的環(huán)形數(shù)據(jù)緩沖區(qū) (由于 C5416 是一款定點 DSP芯片，則每個存儲單元中存放的都為 16bit 的整數(shù)采樣值 )，當(dāng) 64 個整數(shù)采樣值由DMA4 搬進(jìn)環(huán)形數(shù)據(jù)緩沖區(qū) (即環(huán)形數(shù)據(jù)緩沖區(qū)半滿，此時地址為 603Fh)時， DMA4向等待中斷狀態(tài)的 CPU 發(fā)送 DMA 中斷， CPU 響應(yīng)中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序 (ISR)，同設(shè)計 概念性規(guī)劃 編程和編譯 創(chuàng)建工程文件 編寫源程序