【正文】 ........................ 14 ............................................................................................................................. 16 第四章 DSP 介紹及基于 DSP 實(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .............................................................. 17 DSP 概述 ..................................................................................................................... 17 DSP 芯片的基本結(jié)構(gòu) .......................................................................................... 17 DSP 的運(yùn)算速度 ................................................................................................. 19 DSP 應(yīng)用系統(tǒng) ................................................................................................... 20 DSP 實(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng) ......................................................................................... 21 DSP 實(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng)的構(gòu)成 .................................................................... 21 DSP 實(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程 ............................................................. 21 DSP 實(shí)時(shí)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(qiáng)在 DSP 環(huán)境下的實(shí)現(xiàn) ................................................................. 25 DSP 環(huán)境下實(shí)時(shí)實(shí)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(shí)時(shí)實(shí)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(shí)代。通常情況下，語音增強(qiáng)的主要目標(biāo)是從帶噪語音信號(hào)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(hào)處理理論的不斷發(fā)展，人們對語音增強(qiáng)技術(shù)的研究形成了一個(gè)高潮 ,些基礎(chǔ)性成果，這使語音增強(qiáng)發(fā)展 成為語音信號(hào)數(shù)字處理的一個(gè)重要分支。 語音增強(qiáng) 算法可從信號(hào)輸入的通道數(shù)上分為單通道的語音增強(qiáng)算法與多通道的語音 強(qiáng)算法。語音增強(qiáng)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(qiáng)法，基于短時(shí)譜幅度估計(jì)的語音增強(qiáng)算法和基于參數(shù)估計(jì)的語音合成法。在對高級(jí)語言仿真程序進(jìn)行測試分析之后，在系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的增強(qiáng)。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(gè)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(jí)聯(lián)而成，采用流體力學(xué)的方 法可以推導(dǎo)出， N 節(jié)級(jí)聯(lián)的無損聲管的系統(tǒng)函數(shù)是一個(gè) N 階的全極點(diǎn)函數(shù)： ?? ?? pi iizazv 01)( (21) 其中 0a ＝ 1， ia 為實(shí)數(shù)， p 為全極點(diǎn)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(gè)： (1)抑制輸入信號(hào)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(diǎn)數(shù)從 N 擴(kuò)大為 1N ，可以在擴(kuò)大的部分添 若干 的0 采樣值。短時(shí)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(hào)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(qiáng)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(qiáng)度與頻率的二元函數(shù)。 2． 脈沖噪聲 表現(xiàn)為時(shí)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(gè)語音疊合在一起，在單信道傳輸時(shí)，雙耳信號(hào)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(hào)，而噪聲和語音為加性信號(hào)且彼此不相關(guān)。對于一個(gè)分析幀內(nèi)的時(shí)平穩(wěn)過程，有： )(22 kSY nkk ??? (34) 其中， n? ?（ k) 為無語音時(shí) 2kN 的統(tǒng)計(jì)平均值，即 n? ?（ k) ＝ 2kEN?????。 )，直接求解有一定的困難。 譜 減 法 的實(shí)現(xiàn)與仿真 基于 MATLAB 實(shí)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(qiáng)仿真實(shí)現(xiàn)流程圖 譜減 法 是利用噪聲的統(tǒng)計(jì)平穩(wěn)性以及加性噪聲與語音不相關(guān)的特點(diǎn)而提出的一種語音增強(qiáng)方法。 2. 譜減方法的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)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(hào)處理的任務(wù)是完成大量的實(shí)時(shí)計(jì)算，如常用的 FFT 快速算法和 FIR 濾波。 (7)可以并行執(zhí)行多個(gè)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(shí)時(shí)要求的數(shù)字信號(hào)。乘法速度越快， DSP 的性能就越來越高。如TMS320VC5416 DSP 在主頻為 160MHz 時(shí)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(hào)首先進(jìn)行濾波和采樣，換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。之所以會(huì)以如此迅速的速度發(fā)展，是因?yàn)?DSP 系統(tǒng)有其自身的優(yōu)點(diǎn)。 (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(shí)時(shí)語音處理系統(tǒng)地設(shè)計(jì)流程 基本的設(shè)計(jì)過程可以描述如下 定義系統(tǒng)性能指標(biāo) 在設(shè)計(jì) 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(jì)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(jì)算機(jī) C 語音、 MATLAB 語音等 2 DSP 軟件編程 計(jì)算機(jī) 編譯器 3 DSP 軟件調(diào)試 計(jì)算機(jī)、 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(jì) 計(jì)算機(jī) 電路設(shè)計(jì)軟件 5 DSP 硬件調(diào)試 計(jì)算機(jī)、 DSP 硬件仿真器、示波器、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀等 相關(guān)支持軟件 6 系統(tǒng)集成 計(jì)算機(jī)、 DSP 硬件仿真器、編程器、示波器、信號(hào)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(dú)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(shí)訪問程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并且具有并行存儲(chǔ)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(gè)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(shí)分復(fù)用(TDM)串行接口。當(dāng)產(chǎn)生中斷后， C54x 會(huì)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(jí)緩沖后由 DMA4 將數(shù)據(jù)按每單元 16bit(即一個(gè)采樣值 )搬運(yùn)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(diǎn) DSP芯片，則每個(gè)存儲(chǔ)單元中存放的都為 16bit 的整數(shù)采樣值 )，當(dāng) 64 個(gè)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(shí)地址為 603Fh)時(shí)， 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(jì) 概念性規(guī)劃 編程和編譯 創(chuàng)建工程文件 編寫源程序