【正文】 信號進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。語音采樣后進(jìn)行分幀處理，幀長為20ms，220個(gè)點(diǎn)，幀移10ms，110個(gè)點(diǎn)。2．對第幀進(jìn)行5層的小波變換，所得的小波系數(shù)記為（表示第層的第個(gè)小波系數(shù)()）。而高頻子帶中，值從小到大頻率依次降低。如果大于閾值則標(biāo)識此幀為語音，否則標(biāo)識此幀為噪聲。每當(dāng)信號從語音段進(jìn)入噪聲段時(shí)，重新取三幀語音的參數(shù)的平均值作為閾值。5．當(dāng)所有的幀被分別標(biāo)記后，對所得的結(jié)果進(jìn)行處理。6．對所得的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較以得到檢測率。 對如圖29帶噪語音信號進(jìn)行處理所得的檢測結(jié)果如圖211所示。從表中結(jié)果可以看出子帶平均能量方差的算法不僅在安靜的環(huán)境下有較好的識別率，在加入噪音后（實(shí)驗(yàn)中采用含有高斯白噪聲且信噪比15db，10db，0db的語音數(shù)據(jù)）系統(tǒng)識別率下降很少，充分說明這種特征有很好的抗噪性。隨著語音句的增加，識別率并沒有下降，說明該算法的穩(wěn)定性較好。根據(jù)這一特性，可知對處理的語音信號進(jìn)行小波變換，每一小波子帶內(nèi)的小波系數(shù)也必有相同的統(tǒng)計(jì)特性。 語音的1/f小波模型過程是自相似過程的一個(gè)特例。進(jìn)一步，對于一個(gè)隨機(jī)過程，如果滿足式(227)，就可以稱為是自相似的。如果對于任意有限維的聯(lián)合概率分布統(tǒng)計(jì)意義上的相等成立，那么稱這個(gè)過程是嚴(yán)格自相似的(strictsense self similar)；如果只是均值和方差相等，那么稱這個(gè)過程是寬自相似的(widesense self similar)。在實(shí)際中，考慮的自相似過程通常也是過程。此隨機(jī)過程的形勢如式(228)所示。在信息工程中有著廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，由于觀察的條件有限，不僅觀察到的數(shù)據(jù)的長度有限，從而限制了頻譜中低頻分量，而且觀察到的數(shù)據(jù)的分辨率也會受到限制，從而限制了頻譜中的高頻分量。特別的，當(dāng)H增大時(shí)，會使得變大，從而功率譜中能量的分布會發(fā)生變化，低頻的能量變大，高頻部分的會變小，從而，采樣會變得平滑。對于一個(gè)隨機(jī)過程，其自協(xié)方差函數(shù)是不可積的，如式(229)所示。自相似和長相關(guān)，這兩種性質(zhì)通常有著十分密切的聯(lián)系。由于數(shù)學(xué)上一直缺乏有力的分析工具，使得該類信號的分析和應(yīng)用受到很大程度的限制。語音信號的氣流波動(dòng)可能經(jīng)常導(dǎo)致一些較小或較大的紊亂。 (230)式中代表的概率密度函數(shù)。 (231)在不相關(guān)隨機(jī)變量的條件下，小波基展開為過程建立了非常好的模型，因?yàn)檎换男〔ɑ归_扮演著為類過程Karhonenloevetype展開的角色，如式(232)所示。 (233)考慮語音的端點(diǎn)檢測問題，純凈語音，背景噪聲和帶有噪聲的真實(shí)語音經(jīng)過小波展開的高斯過程分別建立模型，如式(234)所示。如此的小波基表示的是過程的魯棒性。 (235)根據(jù)這一事實(shí)能被作為互相獨(dú)立的零均值，高斯隨機(jī)變量來建模，如式(236)所示。 小波系數(shù)方差算法實(shí)現(xiàn)語音信號是統(tǒng)計(jì)自相似的隨機(jī)過程，它的統(tǒng)計(jì)特性在時(shí)域內(nèi)不隨波形的擴(kuò)充或壓縮而變化，因此它具有過程的特性。因此，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(jì)特性的參數(shù)，進(jìn)行端點(diǎn)檢測[25]。假設(shè)有一離散語音信號為，經(jīng)小波變換后它的小波系數(shù)為它的方差如式(237)所示 (237)根據(jù)過程的特性，信號經(jīng)過小波變換后獲得的小波系數(shù)可以近似看作是零均值的隨機(jī)變量，如式(238)所示。 (239)式中、分別表示噪聲、清音和不含噪聲的純凈語音小波系數(shù)的方差，、分別表示噪聲、清音和純凈語音的小波系數(shù)，為小波系數(shù)的總數(shù)。根據(jù)貝葉斯分類原理它們分別如式(240)、(241)及(242)所示。是信號為噪聲的概率，是信號為語音的概率，是信號為清音的概率。如果則標(biāo)識此幀為語音，否則標(biāo)識此幀為噪聲。 算法優(yōu)化及驗(yàn)證 MATLAB仿真根據(jù)前面的分析可知，基于小波變換的這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，而且在不同的應(yīng)用環(huán)境下能發(fā)揮各自的特點(diǎn)來完成端點(diǎn)檢測。根據(jù)噪音的特性，對噪音環(huán)境可以簡單地分為以下三類：分別是準(zhǔn)靜音環(huán)境、平穩(wěn)噪聲環(huán)境和有色噪聲環(huán)境（也稱為非平穩(wěn)噪聲環(huán)境[27]）。設(shè)定信號的采樣頻率為，平穩(wěn)噪聲的頻譜幅度從1Hz到的分布沒有大的變化。對語音的頻譜特性和能量的描述如表23所示[28]。 (243)2．對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換，變換結(jié)果如式(244)所示。 (245)式中是第個(gè)信號的長度，這里。計(jì)算這個(gè)能量序列的均值和方差如式(246)，式(247)所示。將能量序列通過一個(gè)中心濾波器，進(jìn)行一次中心消波，這樣可以使得能量序列的特征更好的表現(xiàn)出來。5．如果檢測到信號在頻域內(nèi)分布均勻或各個(gè)子帶內(nèi)的能量幅度值很大，用小波系數(shù)方差的算法進(jìn)行語音處理。6．對5檢測所得的檢測結(jié)果，進(jìn)行后續(xù)處理。這樣做可以減少語音端點(diǎn)的誤檢率。每當(dāng)信號從語音段進(jìn)入噪聲段時(shí)，重新取四幀語音的參數(shù)的平均值作為閥值。 仿真結(jié)果實(shí)驗(yàn)是在不同的噪聲條件下按照優(yōu)化算法使用MATLAB進(jìn)行仿真的。在所有實(shí)驗(yàn)中，語音信號被分為每幀含有220樣點(diǎn)的幀。圖212為純凈的語音信號，圖213和圖214分別為加入高斯噪聲后和混雜噪聲語音信號。圖212 原始語音信號 The original speech signal圖213 含高斯白噪聲的語音信號 Speech signal with gaussian white noise圖214含混雜噪聲的語音信號 Speech signal with mixed noise圖215含高斯白噪聲的信號檢測 Detection of signal with gaussian white noise圖216 含混雜噪聲的信號檢測 Detection of signal with mixed noise實(shí)驗(yàn)同時(shí)使用子帶平均能量方差與小波系數(shù)方差的算法，以及上述兩種方法的綜合算法實(shí)現(xiàn)對相同語音進(jìn)行了端點(diǎn)檢測處理。檢測率結(jié)果如表24所示。在分析噪聲類型的基礎(chǔ)上，著重研究了基于小波分析的子帶平均能量方差和小波系數(shù)方差算法，充分了利用子帶平均能量方差算法和小波系數(shù)方差算法各自的優(yōu)點(diǎn)給出一種基于小波分析語音端點(diǎn)檢測的綜合實(shí)現(xiàn)方法并進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)框圖如圖31所示。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)都是全新設(shè)計(jì)的，它的主要特點(diǎn)[30]如下：CPU1．先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)。3．17位X17位并行乘法器與40位專用加法器相連。5．指數(shù)編碼器可以在單個(gè)周期內(nèi)計(jì)算40位累加器中數(shù)值的指數(shù)。程序存儲器可以擴(kuò)展。2．塊存儲器傳送指令。4．同時(shí)讀入兩個(gè)或3個(gè)操作數(shù)的指令。6．條件存儲指令。在片外圍電路1．軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器。3．帶有內(nèi)部振蕩器。5．?dāng)?shù)據(jù)總線具有總線保持器特性。并行主機(jī)接口(HPI)。2．可以控制關(guān)斷CLKOUT輸出信號。 最小系統(tǒng)模塊硬件設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)模塊是使得DSP芯片TMS320C5402能夠工作的最精簡模塊，它主要包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和存儲器接口電路。講究上電次序的原因在于：如果只有CPU內(nèi)核獲得供電，周邊I/O口沒有供電，對芯片是不會產(chǎn)生任何損害的，只是沒有輸入和輸出能力而已；但是，如果反過來，周邊I/O得到供電而CPU內(nèi)核沒有加電，那么芯片緩沖/驅(qū)動(dòng)部分的三極管在一個(gè)未知狀態(tài)下工作，這是非常危險(xiǎn)的。根據(jù)TPS73HD318芯片性能設(shè)計(jì)雙電壓輸出的電源電路[31,32]，如圖32所示。 時(shí)鐘電路C5402時(shí)鐘信號的產(chǎn)生有兩種方法：使用外部時(shí)鐘源；使用芯片內(nèi)部的振蕩器。本系統(tǒng)采用內(nèi)部振蕩器，在管腳X1和X2/CLKOUT之間連接一個(gè)10MHz晶體來啟動(dòng)內(nèi)部振蕩器[34]。C5402最高可達(dá)100MHz工作頻率，如果仍采用傳統(tǒng)的2分頻或4分頻的方式，勢必要求外部頻率很高，這里我們采用了更加靈活的可編程PLL (Programmable PhaseLocked Loop)方式。輸入時(shí)鐘乘以一個(gè)1~31之間的常數(shù)。輸入時(shí)鐘除以2或40。PLL受存儲器映射的時(shí)鐘模式寄存器CLKMD控制。本方案中，外接晶體頻率為10MHz為了得到倍頻系數(shù)10，需設(shè)置時(shí)鐘模式寄存器CLKMD的值為9007H，引腳CLKMD1～CLKKMD3設(shè)計(jì)成001，則復(fù)位后VC5402的工作頻率是1010=100MHz。與并行接口相比，串行接口的最大特點(diǎn)是減少了器件引腳數(shù)目，降低了接口設(shè)計(jì)復(fù)雜性。本節(jié)將研究多通道緩沖串口(McBSP)的應(yīng)用，給出音頻接口芯片TLC320AD50C與TMS320C5402的接口設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和傳輸。在外部通道選擇電路的控制下，采用分時(shí)方式實(shí)現(xiàn)多路緩沖串行通信。McBSP的功能包括：全雙工通信、可進(jìn)行律或A律的壓縮擴(kuò)展通信、雙緩沖的發(fā)送和三緩沖接收數(shù)據(jù)存儲器，支持連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳送、獨(dú)立的發(fā)送接收幀和時(shí)鐘信號、多達(dá)128路發(fā)送和接收通道、可直接與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編碼器，A/D，D/A器件連接并通信、數(shù)據(jù)的字長可選擇，包括8，12，16，20，24和32位、幀同步和時(shí)鐘信號的極性可編程；可編程內(nèi)部時(shí)鐘和幀發(fā)生器。圖33 McBSP 框圖 McBSP block diagram表31給出了有關(guān)引腳的定義，McBSP通過這7個(gè)引腳為外部設(shè)備提供了數(shù)據(jù)通道和控制通道。表31 McBSP 引腳說明Table 31 McBSP pin description引腳I/O/Z說明DRI串行數(shù)據(jù)接收DXO/Z串行數(shù)據(jù)發(fā)送CLKRI/O/Z接收數(shù)據(jù)位時(shí)鐘CLKXI/O/Z發(fā)送數(shù)據(jù)位時(shí)鐘FSRI/O/Z接收幀同步FSXI/O/Z發(fā)送幀同步CLKSI外部時(shí)鐘輸入2．McBSP的工作原理 McBSP通過DX和DR引腳與外部進(jìn)行通信，時(shí)鐘和幀同步等控制信息通過CLKX、CLKR、FSX和FSR引腳來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)發(fā)送和接收如圖3圖35所示。然后，將DXR[l,2]中的發(fā)送數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送移位寄存器XSR[1,2]中。圖34 數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)序圖 Data transmit sequence diagram數(shù)據(jù)接收過程為：首先，McBSP串口通過DR引腳，將接收數(shù)據(jù)移入接收移位數(shù)據(jù)寄存器RSR[l,2]中。再次，將RBR[1,2]中的接收數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)接收寄存器DRR[1,2]；最后，CPU或DMA控制器從DRR [1,2]中讀出數(shù)據(jù)。芯片集成了16位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，使用過采樣(over sampling)技術(shù)提供16位A/D和D/A低速信號轉(zhuǎn)換，該器件包括兩個(gè)串行的同步轉(zhuǎn)換通道，工作方式和采樣速率均可由DSP編程設(shè)置?？刹捎脝?V電源供電也可以采用5V模擬、3V數(shù)字雙電源供電；功耗最大為175mW，掉電方式時(shí)的最大功耗20mW；可配置成主機(jī)或從機(jī)工作方式，一個(gè)串行接口可支持3個(gè)從機(jī)。圖36 TLC320AD50C的引腳排列圖 TLC320AD50C diagram of the pin2．功能介紹 TLC320AD50C的主要功能有[36]：內(nèi)含16位精度的E–△ADC和DAC，DAC和ADC各同步串行輸入輸出、多種數(shù)據(jù)傳輸模式，可通過串行口或直接配置接口(DCSI)對寄存器編程，控制工作方式、采樣率、輸入/輸出增益等、可與TMS320C5x系列DSP多通道緩沖串口(McBSP)直接串接通信。在主通信中，有兩種數(shù)據(jù)傳送模式，16位傳送模式和15+1位傳送模式，可通過控制寄存器設(shè)定。若采用15+1位傳送模式，其最低位D0為非數(shù)據(jù)位，輸入DAC數(shù)據(jù)的D0位為次通信請求位，輸出ADC數(shù)據(jù)的D0位為M/S腳的狀態(tài)位。4．硬件接口 圖37給出TMS320C5402與TLC320AD50C硬件接口電路。采樣頻率選擇為8KHz，內(nèi)部PLL使能（控制寄存器4中的N=8）。這樣數(shù)據(jù)接收/發(fā)送幀同步信號、移位時(shí)鐘信號均由TLC320AD50C產(chǎn)生。圖37 TMS320C5402與TLC32DAD50C硬件連接示意圖 TMS320C5402 and TLC32DAD50C hardware connection diagram 音視頻矩陣控制模塊本模塊實(shí)現(xiàn)了多路音視頻信號的智能控制切換，主要分為前端處理、矩陣控制、后級驅(qū)動(dòng)三個(gè)部分如下系統(tǒng)框圖如圖38所示。對視頻信號進(jìn)行阻抗匹配處理。帶寬可達(dá)4M，完全滿足應(yīng)用視頻信號對帶寬的要求。7~128線地址譯碼器可以完成對128個(gè)交叉點(diǎn)的尋址。3．AV信號的后級驅(qū)動(dòng) 信號經(jīng)過切換電路有一定衰減，需要增加驅(qū)動(dòng)能力和下級匹配輸出。 本章小結(jié)本章主要介紹音視頻控制系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn)方法，主要包括最小系統(tǒng)模塊、McBSP模塊、矩陣控制等模塊的硬件設(shè)計(jì)。第4章 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 軟件開發(fā)工具介紹C5402的開發(fā)工具包括代碼生成和代碼調(diào)試工具兩大類。代碼調(diào)試工具是對可執(zhí)行程序進(jìn)行調(diào)試，使其能夠達(dá)到預(yù)計(jì)目標(biāo)。CCS有兩種工作模式，即：軟件仿真器模式和硬件在線編程模式；前者可以脫離DSP芯片，在PC機(jī)上模擬DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試；后者可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上，與硬件開發(fā)板相結(jié)合在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。2．CCS集成開發(fā)環(huán)境。4．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的RTDX插件以及相應(yīng)的程序接口API。 CCS的主要功能CCS的功能十分強(qiáng)大，它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持C/C++和匯編的混合編程，其主要功能如下：1．具有集成可視化代碼編輯界面，用戶可通過其界面直接編寫C、匯編、cmd文件等。3．高性能編輯器支持匯編文件的動(dòng)態(tài)語法加亮顯示，使用戶很容易閱讀代碼，發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤。在生成目標(biāo)程序和程序庫的過程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過跟蹤信息對不同的程序進(jìn)行分類