【文章內(nèi)容簡介】 量化就是將一個有連續(xù)幅度值的信號映射成幅度離散的信號的過程。從這個定義可以看出，由于是將連續(xù)的值變?yōu)殡x散的值，量化是一定有誤差的，在此過程中丟失的部分往往是無法重新恢復(fù)的。研究量化的誤差并找到最小誤差 方案是一個主要問題，通常最佳量化特性可以是線性的也可以是非線性的。 量化方案可分為標(biāo)量量化和矢量量化，標(biāo)量量化中每個信源輸出被分別量化，它又分為均勻量化和非均勻量化，均勻量化的量化區(qū)域是等長的，非均勻量化不是等長的，正因為此，非均勻量化性能要優(yōu)于均勻量化。 均勻量化 在均勻量化方式中，除第一個和最后一個區(qū)域，其它的所有區(qū)域都是等長的，每一級都有一個重建電平，即落在區(qū)域中的不同值都會被量化為同一值，通常每個量化間隔的重建電平也都取均勻分布的值。 當(dāng) 輸入為正弦信號，其幅度為 Am?，F(xiàn)將其進(jìn)行均勻量化，量化器的范圍是（ V，V），共分為 L 級電平，這里 AmV，在本次中我們作的是 64 級電平和 8 級電平。從圖上來看，量化后的值與原曲線值相差較小，階梯形的量化曲線與原曲線比較吻合，較好的完成了量化任務(wù)。 圖 5 64 級電平均論文網(wǎng) 形 圖 6 8 級電平均勻量化后的波形與原信號波形 A 律 PCM 編碼 由于實現(xiàn)上的困難，國際上使用 13 折線法來 近似 A 律 PCM。其方法是將輸入信號幅度歸一化，范圍為（ 1， 1），將其分為不均勻的 16 段區(qū)間，正負(fù)方向相同，我們在此僅對正數(shù)范圍（ ）進(jìn)行介紹劃分的方法 :取 01/128 為第一區(qū)間 ,取 1/128— 1/64為第二區(qū)間，取 1/64— 1/32 為第三區(qū)間，一直到取 1/21 為第八區(qū)間，輸出信號則均勻劃分為 8 個區(qū)間： 01/8 為第一區(qū)間，?， 7/81 為八區(qū)間，將點（ 1/128， 1/8）與（ 0， 0）相連，將點（ 1/64， 2/8）與（ 1/128， 1/8）相連，??這樣得到由 8 段直線連成的一條折線（事實上由于第一區(qū)間 和第二區(qū)間的直線斜律相等，故只有 7 條直線），此折線與 A= 的對數(shù)壓縮曲線相近，做出圖 7。 圖 7 國際 A 律 13 折線線對數(shù)量化特性曲線 數(shù)字濾波器 本部分是為了加強(qiáng)語音效果，濾除外部環(huán)境噪音頻率，附加了數(shù)字濾波器的MATLAB 仿真部分。 利用窗函數(shù)來設(shè)計 FIR 濾波器是濾波器設(shè)計中很有效的方法，借助窗函數(shù)，我們可以獲得滿足指標(biāo)且又能在實際中容易實現(xiàn)的濾波器。 窗函數(shù)設(shè)計方法的基本思想是：首先根據(jù)要求選擇一個適當(dāng)?shù)睦硐霝V波器：如理想低通濾 波器，由于理想濾波器的脈沖響應(yīng)是非線性且無限長的，為了能用 FIR 濾波器實現(xiàn)，我們用適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)來截取它的脈沖響應(yīng)，從而得到線性相位和因果的 FIR 濾波器，通過合理地選擇窗函數(shù)的長度，可以得到符合給定指標(biāo)的理想濾波器近似的要求，（窗函數(shù)具有可調(diào)整的參數(shù)）。所以窗函數(shù)的設(shè)計的核心是選擇一個合適的窗函數(shù)的理想濾波器。 常用的窗函數(shù)有：矩形窗， Hamming 窗， Kaiser 窗。 其中 Kaiser 窗是具有最接近最優(yōu)化的窗函數(shù)之一。對于給定的阻帶衰減，它提供了最大的主瓣寬度，從而提供最陡的過渡帶。 從上面的分析中，我們可以看出利用窗函數(shù)設(shè)計 FIR 濾波器的基本思想是：根據(jù)給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，適當(dāng)選擇濾波器的長度和窗函數(shù)，使其符合設(shè)計要求。在 FIR濾波器的設(shè)計中，所選用的窗函數(shù)對濾波器的性能有很大的影響，一般，都采用 Kaiser窗函數(shù)進(jìn)行濾波器的設(shè)計，因為它們窗結(jié)構(gòu)接近最優(yōu)化，而且根據(jù)不同的參數(shù)可調(diào)整濾波器的各項指標(biāo)。 FIR 濾波器的特點是很容易做到精確的線性相位特性，這一點是 IIR 濾波器很難做到的。 圖 8 用 Kaiser 窗口函數(shù)設(shè)計低通濾波器 3 課題 的設(shè)計 課題的設(shè)計包括總體設(shè)計，即任務(wù)框圖，系統(tǒng)組成及各部分功能；又包括詳細(xì)設(shè)計，即具體框圖，相關(guān)的理論和測試的結(jié)果。 總體設(shè)計 本部分主要說明系統(tǒng)組成，各部分功能。特別是對 TMS320VC5000 系列的數(shù)字信號處理器的說明。并利用框圖描述本課題的任務(wù)。 語音處理硬件系統(tǒng)技術(shù)分析。（包括系統(tǒng)組成，各部分功能） 本設(shè)計需 TMS320VC5410 數(shù)字信號處理器， 12 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換部分， 12 位串行 D/A轉(zhuǎn)換部分， 8 位并行 A/D 轉(zhuǎn)換部分， 256K 擴(kuò)展內(nèi)存和 HPI 接口等部分構(gòu)成。 dsp 語音處理系統(tǒng)設(shè)計論文 +答辯 PPT+英文文獻(xiàn)翻譯 TMS320VC5410 數(shù)字信號處理器，是本設(shè)計的核心。 TMS320VC5410 硬件結(jié)構(gòu)基本上可分為 3 大部分：（ 1） CPU。包括算數(shù)邏輯單元，乘法器，累加器，移位寄存器，各種專門用途的寄存器，地址生成器以及內(nèi)部總線；（ 2）存儲器系統(tǒng)。包括 16~24 位外接存儲器接口，片內(nèi)的程序 ROM，片內(nèi)單訪問的數(shù)據(jù) RAM和雙訪問的數(shù)據(jù) RAM；（ 3）片內(nèi)的外設(shè)與專用硬件電路。包括片內(nèi)的定時器 ，各種類型的串口，主機(jī)接口，片內(nèi)的鎖相環(huán)（ PLL）時鐘發(fā)生器以及各種控制電路。 TMS320VC5410 的主要特性：（ 1） CPU 部分。先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，具有 1 條程序存儲器總線， 3 條數(shù)據(jù)存儲器總線和 4 條地址總線。 40 位算數(shù)邏輯單元（ ALU），包括 40位的桶形移位寄存器和 2 個獨立的 40 位的累加器。并行加法器與一個 40 位的專用加法器結(jié)合在一起，用于非流水線的單周期乘 /累加操作。比較，選擇和存儲單元（ CSSU），用于 VITERBI 操作中的加 /比較選擇。指數(shù)編碼器用于在單周期內(nèi)計算 40 位累加器的指數(shù)值。 2 個地址生成器，包括 8 個輔助寄存器和 2 個輔助寄存器單元。（ 2）存儲器系統(tǒng)。具有 16 位 192K 字的可尋址空間： 64K 字程序空間， 64K 字?jǐn)?shù)據(jù)和 64K 字的 I/O 空間，同時還具有多達(dá) 256K 字 ~8M 字的擴(kuò)展地址空間。片內(nèi)的存儲器結(jié)構(gòu)及容量，根據(jù)型號有所不同。（ 3）在片外設(shè)和專用電路。軟件可編程等待狀態(tài)寄存器?？删幊痰拇鎯ζ鳌Ｆ瑑?nèi)的鎖相環(huán)（ PLL）時鐘發(fā)生器，可采用內(nèi)部震蕩器或外部的時鐘源。外部總線關(guān)斷控制電路可用來斷開外部數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制信號。數(shù)據(jù)總線具有數(shù)據(jù)保持特性。可編程的定時器?？膳c主機(jī)直接連接的 8 位 并行主機(jī)接口（ HPI），有的還包本文源自六維論文網(wǎng)括擴(kuò)展的 8 位并行的主機(jī)接口（ HPI8）和 16 位并行主機(jī)接口（ HPI16）。片內(nèi)的串口根據(jù)型號不同可分為全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口，支持 8 位和 16 位數(shù)據(jù)傳送，時分多路（ TDM）串口，緩沖串口（ BSP）以及多通道緩沖串口（ McBSP） . 設(shè)計中主要使用： 64K/32K 片上 RAM， 8M 程序?qū)ぶ房臻g， 3 個多通道自動緩沖串口（ McBSP）， 6 通道直接內(nèi)存存儲功能（ DMA）， 8 比特并行 HPI 接口。 12 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器。主要負(fù)責(zé)語音輸入過 程中的采樣和量化，輸出的是均勻量化的 12 位碼。主要由 MAX1246 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片組成，該芯片由一個四通道復(fù)用器（處理板只用了 0 和 1兩個通道），高帶寬跟蹤，保持，最高轉(zhuǎn)速速率達(dá) 133K/s，與處理器通過 McBSP0 口連接。 12 位串行 D/A 轉(zhuǎn)換器。主要負(fù)責(zé)語音輸出過程，將處理器處理后的數(shù)字信號還原成模擬信號。由 MAX531 數(shù) /模轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，該論文網(wǎng) 提高供最高 40K/s 的轉(zhuǎn)換速率，因為要保留足夠的處理時間，因此將轉(zhuǎn)換率定為 ，其對應(yīng) I/O 口地址為 0x8000。 256 擴(kuò)展內(nèi)存。 分別對應(yīng)地址為 0x28000~0x2FFFF， 0x88000~0x8FFFF，0x98000~0x9FFFF。 HPI 接口。主機(jī)通過并行接口連接到處理器 HPI 接口，在主機(jī)和處理器間建立了一條高速數(shù)據(jù)通道。通過這一通道，主機(jī)可方便，快捷地與處理器進(jìn)行通訊，并可雙向發(fā)出中斷信號。 8253 定時器和 8255 可編程控制器通過送入控制字來完成聲音的生成。 本設(shè)計的任務(wù)框圖 圖 9 語音處理框圖 圖 9 是 DSP 處理的部分，也是本設(shè)計的核心內(nèi)容。 其中 A/D 與 D/A 的任務(wù)是通過模 /數(shù)與數(shù) /模轉(zhuǎn)換實現(xiàn)語音信號的輸入與輸出。 A 律壓縮是將 MAX1246 采樣編碼后的 12位的碼流進(jìn)入 TMSVC5410（ DSP）的串口—— McBSP0，并向 TMSVC5410 的 CPU 發(fā)出中斷請求 (rint0),再將接收到的 12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 8 位的 A 律 PCM 碼，實現(xiàn)語音壓縮。 利用 8253 和 8255 可編程控制器實現(xiàn)聲音的生成。根據(jù)音符與頻率（頻域），節(jié)拍（時域）一一對應(yīng)的關(guān)系，利用 8253 定時器的方波 信號和 8255 可編程器打開揚聲器的門來發(fā)出聲音。 詳細(xì)設(shè)計 本部分是在上述總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，提出具體實現(xiàn)每個模塊的具體程序框圖和相關(guān)原理。并說明設(shè)計結(jié)果。 語音的輸入與輸出（即 A/D 和 D/A 部分） 利用 MAX1246A/D 和 MAX531D/A 可實現(xiàn)語音的輸入與輸出，但關(guān)鍵問題是保證輸入信號與輸出信號的一致，這就要求抽樣頻率滿足抽樣定理。 抽樣的基本原理 先介紹抽樣的基本原理：抽樣是對模擬信號進(jìn)行周期 性的掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號，我們要求經(jīng)過抽樣的信號應(yīng)包括原信號的所有信息，即能無失真地恢復(fù)出原模擬信號，抽樣速率的下限由抽樣定理確定。 由以上說明可知，抽樣的意義是把模擬信號變換成時間上離散的信號，也就是說用一系列在時間上間隔出現(xiàn)的脈沖調(diào)幅信號來代替原來的模擬信號，模擬信號經(jīng)過抽樣后變成抽樣脈沖的波形圖，其中的 x（ t）為模擬信號， Ts 為抽樣周期， fs=1/Ts 為抽樣頻率， S（ t）是抽樣脈沖，抽樣值出現(xiàn)是等間隔的，脈沖幅度隨模擬信號變化而變化；Xs