【正文】 5．基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲器、反匯編、變量窗口等功能，并支持C源代碼級調(diào)試。4．工程項目管理工具可對用戶程序?qū)嵭许椖抗芾怼?．含有集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化C編譯器、鏈接器等，將代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能集成到一個軟件環(huán)境中。5．由TI公司以外的第三方提供的各種應用模塊插件。3．DSP/BIOS實時內(nèi)核插件及其應用程序接口API。 CCS的組成CCS的開發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構成：1．TMS320C54x集成代碼產(chǎn)生工具。CCS (Code Composer Studio)是TI公司推出的用于開發(fā)DSP芯片的集成開發(fā)環(huán)境，它采用Windows風格界面，集編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試以及實時跟蹤等功能于一體，能完成DSP系統(tǒng)開發(fā)過程的各個環(huán)節(jié)，極大地方便了DSP芯片的開發(fā)與設計，是目前使用最為廣泛的DSP開發(fā)軟件之一。代碼生成工具是將源程序進行編譯、匯編并鏈接成可執(zhí)行程序。在TI公司DSP芯片TMS320C5402最小系統(tǒng)模塊的基礎上進行功能擴展，對音視頻信號進行了簡單的前端處理，介紹了多通道緩沖串口(McBSP)與音頻接口芯片(TLC320AD50C)的連接以及音視頻矩陣控制模塊電路的設計，給出了相應的硬件配置。音頻用NE5532的跟隨器驅(qū)動放大，視頻信號用專業(yè)視頻信號放大芯片MAX497提高驅(qū)動能力，用75歐電阻匹配視頻信號輸出。視頻開關矩陣芯片MAX4456，可將任意輸人端的視頻信號切換到任一緩沖輸出端，有并行和串行兩種工作方式，可根據(jù)需要選擇。該芯片內(nèi)部具有一個的模擬開關陣列，有16*8個交叉點。2．AV信號的智能切換控制 音頻信號采用集成模擬開關MT8816，主要應用于電信專用分組交音頻信號切換，也可以用于視頻信號的切換。圖38 矩陣控制模塊框圖 Matrix control module block diagram1．AV信號的前端處理 本模塊對音視頻信號在輸入級前端進行了簡單的處理，對音頻信號進行了阻容濾波和放大后一路送給矩陣開關，一路接入TLC320AD50C進行采樣，傳送給DSP進行數(shù)據(jù)處理。串行口的接收/發(fā)送過程受TLC320AD50C的控制。通過寄存器設置，將TMS320C5402的FSX、FSR、CLKR、CLKX配置為外部輸人，TLC320AD50C的SCLK配置為內(nèi)部產(chǎn)生。管腳M/S經(jīng)過l0K電阻上拉，將TLC320AD50C設置成主動工作模式；選擇INP和INM作為ADC的輸入，將AUXP和AUXM接至模擬地；DAC的正相輸出經(jīng)過一階低通濾波后送給模擬設備，反相輸出不用；管腳FC接地，系統(tǒng)只能采用軟件方式申請觸發(fā)次通信模式；數(shù)據(jù)格式為15+1比特模式。次通信只有在發(fā)出請求時產(chǎn)生，當主通信采用15+1位模式時，可以進行次通信請求；當主通信采用16位模式時，則必須由FC腳輸入信號來產(chǎn)生次通信請求。默認情況下為15+1位傳送模式。3．工作原理 TLC320AD50C與外界串行通信可以分為主通信和次通信。1．引腳圖 TLC320AD50C的封裝及引腳分布如圖36所示。其內(nèi)部ADC之后有抽樣濾波器，DAC之前有插值濾波器，接收和發(fā)送可同時進行。圖35 數(shù)據(jù)的接收時序圖 Data reception sequence diagram 語音接口芯片TLC320AD50CTLC320AD50C是美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的包含有A/D及D/A轉換的多功能模擬接口芯片。其次，將RSR[l,2]中的接收數(shù)據(jù)拷貝到接收緩沖寄存器RBR[l,2]。最后，通過發(fā)送移位寄存器XSR[l,2]，將數(shù)據(jù)經(jīng)DX引腳移出發(fā)送。數(shù)據(jù)發(fā)送過程為：首先，CPU通過外設總線，將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器DXR[1,2]。C5402內(nèi)部CPU對McBSP的操作是利用16位控制寄存器，通過片內(nèi)外設總線進行存取控制。McBSP通過DX和DR實現(xiàn)DSP與外部設備的通信和數(shù)據(jù)交換。1．McBSP框圖及接口 多通道緩沖串口由接收發(fā)送、時鐘及幀同步信號、多通道選擇及CPU中斷信號和DMA同步信號組成，如圖33所示。McBSP串行口可以與其他C54x器件、編程器或其他串口器件通信。 多通道緩沖串行口多通道緩沖串行口(McBSP)[35]是在緩沖串行口的基礎上發(fā)展起來的。多數(shù)DSP芯片提供的是同步串口，TMS320C5402提供的多通道緩沖串口(McBSP)可以很方便地與編解碼芯片(CODEC)或串行ADC直接連接，使得電路的設計更加簡捷。 McBSP模塊硬件設計在DSP應用系統(tǒng)設計中必不可少的是各種數(shù)據(jù)傳輸接口的設計。復位后，CLKMD的值根據(jù)C5402芯片三根輸入引腳CLKMD1~CLKKMD3確定，從而確定DSP的工作時鐘。PLL具有倍頻功能，其輸出信號的頻率是輸入信號的頻率乘上一個倍數(shù)，PLL把外部基準頻率變成多種頻率提供給不同的具體系統(tǒng)，以滿足各種應用的需要。2．DIV模式。C5402內(nèi)部具有一個可編程鎖相環(huán)(PLL)，它可以配置為以下兩種模式：1．PLL模式。為了實現(xiàn)DSP系統(tǒng)實時處理信號的效果，希望系統(tǒng)頻率越快越好。若使用外部時鐘源，只要將外部時鐘信號直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引腳，而X1引腳懸空；若使用芯片內(nèi)部的振蕩器，只要在芯片的Xl和X2/CLKIN引腳之間接入一個晶體，用于啟動內(nèi)部振蕩器。圖32 電源電路 Power supply circuit本系統(tǒng)中，由于我們選擇了DSP專用的電源管理芯片TPS73HD318，該芯片本身可以提供寬度為200ms的低電平復位脈沖，為了是系統(tǒng)電路簡單，所以不再設計自動復位電路。鑒于噪聲的簡單性，我們使用TI公司提供的DSP專用電源芯片TPS73HD318構建電源電路，同時也避免了上電次序的問題。 電源電路(CVDD) I/O電壓(DVDD)，并且DSP對這兩種電源加電次序也有要求，理想情況下兩個電源同時加電，但是一般情況下都很難做到，這時應先對CVDD加電，然后對DVDD上電。在片仿真接口(JTAG)速度單周期定點指令執(zhí)行時間為25/20/15/(40/50/66/80/100MIPS)。電源1．可用IDLE1，IDLE2和IDLE3指令控制功耗，以工作在省電方式。6．可編程定時器。4．外部總線關斷控制，以斷開外部的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號。2．可編程分區(qū)轉換邏輯電路。7．從中斷快速返回指令。5．并行存儲和并行加載的算術指令。3．32位長操作數(shù)指令。指令系統(tǒng)1．單指令重復和塊指令重復操作。6．雙地址生成器包括8個輔助寄存器和兩個輔助寄存器算術運算單元(ARAU)存儲器64K字程序存儲器、64K字數(shù)據(jù)存儲器以及64K字I/O空間。4．比較、選擇、存儲單元(CSSU)。2．40位算術邏輯運算單元(ALU)。圖31 矩陣控制系統(tǒng)硬件框圖 Matrix control system hardware block diagram TMS320C5402簡介TMS320C54x是為實現(xiàn)低功耗、高性能而設計的定點DSP芯片，主要應用在通信系統(tǒng)方面。第3章 音視頻矩陣控制系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)整體設計本章主要介紹基于DSP矩陣控制系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)方法，主要包括最小系統(tǒng)模塊、McBSP模塊硬件電路，音頻信號的前端處理和矩陣控制等模塊的硬件設計。表24語音端點檢測率(%)Table 24 Speech endpoint detection rate (%)檢測算法純語音高斯白噪聲(SNR=15db)混雜噪聲(SNR=15db)子帶平均能量方差小波系數(shù)方差綜合算法 本章小結本章介紹了語音分析的一般方法和小波分析的基本理論，分析比較了傳統(tǒng)上常用的語音端點檢測的算法。在純凈語音、高斯白噪聲和混雜噪聲三種情況進行檢測。圖215，圖216為經(jīng)過上述綜合方法處理后的輸出結果。對每個語音文件通過手工標號以區(qū)分語音與背景噪聲，可作為測試端點檢測正確率的標準。首先，使用軟件對語音信號進行抽樣和量化，與白噪聲和其它噪聲相混合。在不同的應用情況下也可以根據(jù)實際環(huán)境的背景噪聲特性來確定閥值。為了增加算法的精度，對閥值進行了自適應處理，實驗采取語音信號前三幀子帶頻域方差的平均值的兩倍作為閥值。最小語音持續(xù)幀長為8幀，最小噪聲持續(xù)幀長為5幀，一些界限如小于定義的最小持續(xù)時間時就被舍棄。通過式(240)、(241)、(242)的概率判斷含語音幀和非語音幀。根據(jù)計算出來的方差，利用確定的門限值判斷語音和噪聲并進行標識。 (246) (247)式中表示信號的小波子帶平均能量序列[29]。4．如果檢測到信號在頻域內(nèi)分布均勻或各個子帶內(nèi)的能量幅度值很小，認為語音處于準靜音或平穩(wěn)噪聲的環(huán)境下，用小波子帶平均能量的方法進行語音處理。 (244)3．提取前五幀語音信號檢測其頻率分布，各個頻帶能量幅值如式(245)所示。表23語音的頻譜特性Table 23 Speech frequency spectrum characteristic語音分類頻譜特性能量情況濁音元音低頻 能量較高能量較高濁輔音低頻 能量較高能量較低清輔音高頻 KHz能量較高根據(jù)上述分析，本文得出的最終優(yōu)化算法如下：1．對信號進行采樣、量化、分幀處理，分幀后信號如式(243)所示。而有色噪聲的幅度從1Hz到的分布有很大的變化，與語音信號相似。在準靜音的環(huán)境下，頻域內(nèi)信號各頻率分量幅度都很低。因此本文提出一種語音端點檢測的綜合方法，根據(jù)對噪聲的估計來選擇算法對語音進行端點檢測，利用子帶平均能量方差簡單高效的特點做靜音條件下和平穩(wěn)噪聲條件下的端點檢測，而如果檢測到信號中具有有色噪聲或者其它噪聲時，采用小波系數(shù)方差的檢測方法。對于小波系數(shù)方差的語音端點檢測算法，適應性較好，對于白噪聲及有色噪聲以及其它噪聲都有較好的檢測結果，但算法復雜、系統(tǒng)資源占用較多，對系統(tǒng)運算速度的要求很高，很難達到實時性要求，這樣就限制了算法的應用。通過式(240)、(241)分別進行計算，如果則判斷為語音，否則計算式(242)。 (240) (241) (242)式中為小波分層的層數(shù)，代表各個不同的小波層，表示第層小波系數(shù)的總數(shù)。表示預先提取的噪聲的方差參數(shù)，表示預先提取的純凈語音的方差參數(shù)，表示清音的方差參數(shù)。 (238)對噪音、清音和純凈語音提取小波系數(shù)方差作為先驗知識，如式(239)所示。在端點檢測中，經(jīng)常利用貝葉斯分類方法對小波系數(shù)方差的統(tǒng)計特性進行分類[26]。根據(jù)這一特性可知，對語音信號進行小波變換后，每一子帶小波內(nèi)的小波系數(shù)也一定具有相同的統(tǒng)計特性。 (236)本節(jié)根據(jù)類分形信號小波變換系數(shù)在不同分解級數(shù)上的特點，提出了一種方法估計語音信號參數(shù)及加性白噪聲方差，進而從噪聲背景下估計出語音信號，以實現(xiàn)信號與噪聲的區(qū)分。另外，如果為過程的小波分解，是獨立于并于任何小波基不相關，如式(235)所示。 (234)式中是樣本點的數(shù)量，代表可獲得的不同級的集，是在每個值的有效系數(shù)的集合。 (232)式中完全的正交集，是互不相關隨機變量的采樣，也叫做零均值和方差的的小波系數(shù)，如式(233)所示。根據(jù)式(230)可知，統(tǒng)計自相似過程的平均和協(xié)方差函數(shù)也是自相似的，因此統(tǒng)計自相似過程總被定義為過程，已測得功率譜服從式(231)的能量規(guī)律關系，如式(231)所示?；诓灰?guī)則原理，語音信號是統(tǒng)計自相似的隨機過程，它的統(tǒng)計特性在時域內(nèi)不隨波形的擴充或壓縮而變化，它可以認為是過程，更加特殊的是語音信號與參數(shù)H服從比例關系，如式(230)所示。近年來成熟起來的小波變換理論，同時具有時變分析和尺度分析的功能，這為人們研究具有長程相關性的類分形信號提供了一個有效的工具。由于該信號具有非平穩(wěn)性和長程相關性的特點，同其它信號相比具有截然不同的統(tǒng)計特性，因此，不宜用傳統(tǒng)的方法對其進行分析。 (229)那么這個過程稱為是長相關的(Long Range Dependent)。在許多實際發(fā)現(xiàn)的過程中。對于過程，分形維與自相似過程中的Hurst參數(shù)有著十分密切的關系?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)許多和信息相關的信號，如：生物電子信號、語音信號、電子器件噪聲、分形背景上的電磁散射回波、通信信道上的猝發(fā)誤差等等都是（或近似是）分形信號[23,24]。 (228)式中，這樣的隨機過程稱為過程，也叫類分形信號。過程是自相似過程中的一類特例。自相似過程與平穩(wěn)過程之間沒有必然的聯(lián)系，自相似過程可以是平穩(wěn)的，例如高斯白噪聲；當然，也可以不是平穩(wěn)的，例如分形布朗運動[22]。 (227)其中，等號表示統(tǒng)計意義上的相等。自相似過程是在統(tǒng)計上具有尺度不變性的一種隨機過程，定義為：一個隨機過程，如果這個隨機過程在時間上壓縮或者擴展時，統(tǒng)計特性不變。因此，使用這一特點可以把經(jīng)小波變換后獲得的小波系數(shù)的方差作為統(tǒng)計特性，進行端點檢測。表22 語音端點檢測識別率(%)Table 22 Recognition Rate of Speech Endpoint Detection (%)子帶平均能量方差算法cleanSNR=15dbSNR=10dbSNR=0db10句語音50句語音100句語音平均檢測結果 小波系數(shù)方差語音信號是統(tǒng)計自相似的隨機過程，它的統(tǒng)計特性在時