【正文】 在這里首先對系統(tǒng)的工作過程和工作 原理在總體上做一說明。 CCS 不但支持匯編語言，而且還支持用 C/C++語言編寫的程序的調(diào)試和開發(fā)。 。運(yùn)算速度為 30532MIPS。 ⑩ 中斷系統(tǒng)。 C54x 都具有一個或兩個預(yù)定標(biāo)的片內(nèi)定時器。不同型號的 C54x,HPI配置不同。另外，還可以擴(kuò)展外部I/O,C54x 可以訪問 64K 字的 I/O 。大部分 C54x 可尋址 64K 字 16 位程序存儲空間。 ④ 數(shù)據(jù)存儲器 RAM. C54x片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM 分為兩類 :一類是每個指令周期內(nèi)可以進(jìn)行兩次存取操作的雙訪問 RAM (DARAM )。 ② 內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。這種并行操作提供了強(qiáng)大的算術(shù)、邏輯和位操作指令集，并且這些操作可以在一個機(jī)器周期中執(zhí)行。其主要應(yīng)用于無線通信等應(yīng)用系統(tǒng)。而如果有 (CCSCode Composer Studio)工具軟件，由于它是一個集成的開發(fā)環(huán)境，因此包括了編輯、編譯、匯編、鏈接、軟件模擬、調(diào)試等幾乎需要的軟件，后面將對 CCS 做詳細(xì)的介紹。如果算法運(yùn)算量太大不能在硬件上實(shí)時運(yùn)行，則必須重新修改或簡化算法。調(diào)試 DSP 算法時一般采用將實(shí)時程序和模擬結(jié)果進(jìn)行比較的方法，如果實(shí)時程序和模擬程序的輸入相同，則兩者若輸出應(yīng)該一致。在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用高級語言和匯編語言的混合編程方法，即在算法運(yùn)算量大的地方，用手工編寫的方法編寫匯編語言，而運(yùn)算量不大的地方則采用高級語言。算法模擬所用的輸入數(shù)據(jù)是實(shí)際信號經(jīng)采集而獲得的，通常以計(jì)算機(jī)文件的形式存儲為數(shù)據(jù)文件。 DSP 芯片的輸入是 A/D 變換后得到的以抽樣形式表示的語音信號， DSP 芯片對輸入的數(shù)字信號運(yùn)用語音處理算法進(jìn)行處理，如語音 增強(qiáng)等，經(jīng)過處理的數(shù)字樣值通過 D/A 變換為模擬值，最后再進(jìn)行平滑濾波就可以得到連續(xù)的模擬波形。另一種是運(yùn)用通用和專用 DSP 芯片以及其他輔助芯片構(gòu)成一個獨(dú)立工作的系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)都采用這種實(shí)現(xiàn)方式。 抗混疊濾波 器 ADC DSP芯片 DAC 抗鏡像濾波 器 輸出 輸入 21 (5)可重 復(fù)性好。 (1)接口方便靈活。 (5) Antiimage Filter 抗鏡像濾波器，將模擬樣值重建為模擬波形。在圖中： (1) Antialiasing Filte 一抗混疊濾波器，將輸入的模擬信號高于奈奎斯特 ((Nyquist) 頻率的頻率成分濾掉。 MFLOPS:即每秒執(zhí)行百萬次浮點(diǎn)操作。 FFT 執(zhí)行時間 :即運(yùn)行一個 N 點(diǎn) FFT 程序所需要的時間。 DSP 芯片 的運(yùn)算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量。例如 TMS320VC54x DSP 的 FIRS 指令，專門用于 FIR濾波運(yùn)算。 在四級流水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨(dú)立地處理，這可使指令能完全重疊，在每個指令周期內(nèi)，四個不同的指令處于激活狀態(tài)，每個指令處于不同的執(zhí)行階段。流水線是提高 DSP 程序執(zhí)行效率的一個主要手段。 哈佛結(jié)構(gòu)與馮 哈佛結(jié)構(gòu) (Harvard) 哈佛結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各自具有獨(dú)立的存儲空間，每個儲器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問，相應(yīng)地還具有獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，允許取指令和執(zhí)行指令并行執(zhí)行，或稱為重疊執(zhí)行，允許對數(shù)據(jù)和程序同時尋址，允許直接在程序和數(shù)據(jù)之間進(jìn)行信息傳遞，減少了沖突，大大提高了數(shù)據(jù)處理能力，從而獲得了高速的運(yùn)算能力。 (3)專用的硬件乘法器 。 DSP 芯片的基本結(jié)構(gòu) 為了實(shí)時迅速地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理， DSP 芯片一般采用區(qū)別于微處理器的特殊軟硬件結(jié)構(gòu)。 (5)快速的中斷處理 和硬件 v0 接口支持。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求和特點(diǎn)， DSP 一般具有如下的主要特點(diǎn) : (1)在一個指令周期，可完成一次乘法和一次加法。但不論怎樣，人們在提到 DSP 時，一般指的是 DSP 芯片，即數(shù)字信號處理芯片?？梢杂枚喾N方法減輕這種噪聲，但無法完全消除 。 圖 33 是在 MATLAB 環(huán)境 讀入語音文件 產(chǎn)生隨機(jī)白噪聲 帶噪語音 加漢明窗 ， 幀間重疊 50% 短時 FFT 短時相位譜 短時幅度譜 短時噪聲幅度譜估計(jì) — + 差值 0? 將差值置為零 頻域中 合成語音 N Y 短時 IFFT 并各幀重疊相加 去除漢明窗引起的增益 增強(qiáng)后的語音 16 下譜減法的仿真效果。用無語音間隙測量計(jì)算得到的噪聲頻譜的估計(jì)值取代有語音期間噪聲的頻譜，與含噪聲頻譜相減，得到語音頻譜的估計(jì)值。而寬帶噪聲服從高斯分布，它的能量統(tǒng)計(jì)特性服從正態(tài)分布，對應(yīng)的噪聲幀功率譜也就隨機(jī)變化，服從高斯分布，即其幅度隨機(jī)變化的范圍很寬，其最大值、最小值之比往往達(dá)到幾個數(shù)量級，而最大值與平均值之比也可達(dá) 68倍，只有對它做長期平均才能得到較平坦的譜。因?yàn)楫?dāng) x? 3 ?????? ??? )(21? 2 kYYS nkkk ? (311) 時，有xxxI ?2 )exp()(0 ?，所以在較高信噪比條件下，解方程可以得到。如果不給定 kY 的分布，則此時 kS 的最大似然估計(jì)式可以用如下方法求得 : ???????????????????)(e x pe x p)(1),(2kjSYkSYP nkkknkkk ??? (39) 通過積分消去 k? 后，有 ???????????????? ??? )(2)(e x p)(1)( 022kSYIkSYkSYP n kkn kknkk ???? (310) 其中 )(0?I 為第 0 階修正貝賽爾函數(shù) 令 0)( ??? k kkS SYP 14 則解方程后就可以得到kS?的估計(jì)式。當(dāng)信噪比高時，含語音的可能性很大，衰減小。 減譜法的原理框圖如圖 31 所示： y（ n） 經(jīng) FFT 變化后，有 k k kY S N＝ ＋ ，由此可得 kkkkkkk NSNSNSY ?? ???? 222 (32) 其中， *表示共軛。因?yàn)闇p譜法不需分析語音信號的頻譜特性，所以本文采用矩形窗函數(shù)。 譜減法在頻域?qū)г胝Z音的功率譜減去噪聲的功率譜得到純凈語音功率譜估計(jì)，開方后就得到語音幅度譜估計(jì)，用帶噪語音的相位來近似純凈語音的相位，在采用反傅里葉變換恢復(fù)時域信號。 至于客觀測試方法，可以直接觀測語音的時域 /頻域波形，也可以給出客觀的數(shù)值度量，通常采用原始語音信號功率與歸一化后的增強(qiáng)語音和原 始語音之差的功率比值來度量，簡稱信噪比 （ SNR） 。參加測試的實(shí)驗(yàn)者在聽完所測語音后，從五個等級中選擇某一級作為他對所測語音質(zhì)量的評定。 語音增強(qiáng)效果的評價方法 語音增強(qiáng)效果可以用主觀測量或客觀測量來評價。不具有白色頻譜的噪聲，可以先進(jìn)行預(yù)白化處理。 3． 寬帶噪聲 寬帶噪聲來源很多，熱噪聲、氣流 (風(fēng)、呼吸 )噪聲及各種隨機(jī)噪聲源 ,量化噪聲也可視為寬帶噪聲。 1． 周期性噪聲 具有許多離散的線譜，主要來源于發(fā)動機(jī)等周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，可以用梳狀濾波器予以抑制。因此對語音信號進(jìn)行一定程度的低通濾波不會對可懂度造成影響。 3． 語音感知對語音增強(qiáng)研究有重要作用 語音增強(qiáng)效果的最終度量是人的主觀感受。一般實(shí)際應(yīng)用中多設(shè)置一個門限電平，以使過零率檢測有一定的抗干擾性。 短時過零率 短時過零率其定義為： ?????????????????1)()]1(s g n [)](s g n [)()]1(s g n [)](s g n [NnnmmnmnwnxnxmnwnxnxZ （ 27） 其中 sgn[可以由它的量值粗略判別語音信號的有無，同時也可以由它判斷該幀是濁音還是清音。為了使 ()Sk? 具有較高的分辨率，所取的 DFT 以及相應(yīng)的 FFT 點(diǎn)數(shù) 1N 較 nws??? 的長度 N 要大。從應(yīng)用的角度來說，矩形窗有最高的頻域分辨率，但泄漏較高，海明窗可以有效克服泄漏7 現(xiàn)象，具有平滑的低 通特性。w(n)。這樣，預(yù)濾波器必須是一個帶通濾波器，其上、下截至頻率分別是 Hf 和 Lf 。所以把每個短時的語音段稱為一個分析幀，對該幀進(jìn)行處理就相當(dāng)于對固定特性的持續(xù)語音進(jìn)行處理。 輻射模型 基音頻率 周期脈沖發(fā)生器 聲門脈沖模型 G（ Z） Av 隨機(jī)噪聲發(fā)生器 Au 聲道模型 V(Z) 聲道參數(shù) 輻射模型 R(Z) 語音信號 s(n) 6 聲道的終端為口和唇，因此輻射模型與嘴型有 關(guān)。為了使?jié)嵋舻募钚盘柧哂新曢T氣流脈沖的實(shí)際波形，需要使上述的沖激序列通過一個聲門脈沖模型濾波器。當(dāng)兩個響度不同的聲音作用于人耳時，則響度較高頻率成分的存在會影響到人耳對響度較低頻率成分的感受，使其變得不易被覺察，稱之為掩蔽效應(yīng) (Masking effect)。這些諧振頻率稱為共振峰頻率，簡稱為共振峰，語音的頻率特性主要是由共振峰決定的?；l決定了聲音頻率 的高低，隨發(fā)音人的性別、年齡及具體情況而定。聲帶既是閥門，又是振動部件。 純凈語音 信道 干擾語音和背景噪聲 傳輸噪聲 語音增強(qiáng)處理 增強(qiáng)語音 4 第二章 語音增強(qiáng)的基礎(chǔ)知識 語音信號處理是一門綜合性的學(xué)科，它研究如何用數(shù)字信號處理技術(shù)對語音信號進(jìn)行處理，包括四大分支 —— 語音識別，語音合成，語音編碼和語音增強(qiáng)。 圖 11 語音增強(qiáng)處理改善語音質(zhì)量 主要研究內(nèi)容 本論文采用數(shù)字信號處理和聲學(xué)研究相結(jié)合的方法，圍繞語音增強(qiáng)問題，展開研究工作。通過語音增強(qiáng)技術(shù)來改善語音質(zhì)量的過程如圖 11 所示。 多年來，人們對寬帶加性噪聲的模型進(jìn) 行研究，提出了各種算法。這種情況下語音與噪聲同時存在一個通道中，語音信息與噪聲信息必須從同一個信號中得出。一直以來，針對不同的背景噪聲或者某個特殊的應(yīng)用要求，人們提出了各種新的語音增強(qiáng)算法。但由于各種算法計(jì)算量問題，導(dǎo)致它們的實(shí)用性受到影響。2 （ 4） 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，在復(fù)雜語音環(huán)境下，幫助聽力障礙的人獲取正常人的聽力，正確分辨說話人的位置，選擇所聽取的語音信號。在這種情況下，語音增強(qiáng)的目的主要 有兩個：一是改進(jìn)語音質(zhì)量，消除背景噪聲，這是一種客觀度量；二是提高可懂度，使聽者樂于接受，不感覺疲勞，這是一種主觀度量，但這兩個目的往往不能兼得。在語音數(shù)字信號處理的諸多研究領(lǐng)域中，語音增強(qiáng)是語音數(shù)字信號處理系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)用階段，保證語音識別系統(tǒng)、說話人識別系統(tǒng)和各種實(shí)際環(huán)境下語音編碼系統(tǒng)性能的重要環(huán)節(jié)。語音是人類相互之間進(jìn)行交流最自然和最方便的形式之一，語音通信是一種理想的人機(jī)通 信方式。 DSP(數(shù)字信號處理器 )作為專用的數(shù)字信號處理芯片，具有在單機(jī)器周期內(nèi)完成乘加運(yùn)算、單機(jī)器周期內(nèi)多次訪問存儲器以及豐富的片上外設(shè)等特點(diǎn)。I 基于譜減法的語音增強(qiáng)及其 DSP 實(shí)現(xiàn) 摘 要 語音總會受到外界噪聲不同程度的干擾和影響，噪聲不但降低了語音質(zhì)量和可懂度，而且還將導(dǎo)致語音處理系統(tǒng)性能的急劇惡化。采用 DSP 進(jìn)行語音信號處 理代表未來語音信號處理的發(fā)展方向，在這種情況下，本文在研究 譜 減法的基礎(chǔ)上，對算法進(jìn)行了分析和實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了 基于 DSP 的語音信號采集與處理系統(tǒng)。人們一直夢想有朝一日可以擺脫鍵盤或遙控設(shè)備的束縛，擁有更為友好、親切的人機(jī)界面，使得計(jì)算機(jī)或家用電器可以聽懂人的話語，看懂人的動作，執(zhí)行人們所希望的任何任務(wù)，而語音數(shù)字信號處理正是其中一項(xiàng)至關(guān)重要的應(yīng)用技術(shù)。人們在語音通信過程中不可避免地會受到來自周圍環(huán)境、傳輸媒介乃至其他講話者的干擾，使得接收者最終接收到的語音已非純凈的原始語音信號，而是受噪聲污染的帶噪語音信號。語音增強(qiáng)作為預(yù)處理手段，可以應(yīng)用到許多領(lǐng)域中： （ 1） 目前的語音識別系統(tǒng)大都工作在安靜環(huán)境中，在噪聲環(huán)境中尤其是強(qiáng)噪聲環(huán)境，語音識別系統(tǒng)的識別率將受到嚴(yán)重影響。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展背景 早 在 20 世紀(jì) 60 年代，語音增強(qiáng)這個課題就己經(jīng)引起了人們的注意。 進(jìn)入 80 年代后， VLSL 技術(shù)的發(fā)展為語音增強(qiáng)的實(shí)時處理提供了 可能，同時