２０１３年第１期 （总第１２３期） 信息通信 ＩＮＦＯＲＭＡＴ１０Ｎ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ２０１３ （Ｓｕｍ．Ｎｏ １２３） 基于ＤＳＰ的语音信号采集系统研究与设计 肖莹慧 （中南财经大学武汉学院，湖北武汉４３００００） 摘要：设计了一种基于ＤＳＰ的语音信号采集系统，并根据设计思路分别给出了系统各模块的功能和实现方式。该系统 能够完成对音频信号的实时采集和数字处理，还具有存储、与上位机进行串口通信等功能 关键词：ＤＳＰ；语音信号采集；数字处理；存储；串口通信 中图分类号：ＴＮ９１２．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．１１３１（２０１３）０１—００６３—０１ ｌ语音信号采集系统设计思路 由于系统只能处理数字信息，因此需要首先对音频信号 进行采集和数字转换，将模拟信号转换为数字信号。该功能 可以通过一个音频转换模块芯片实现，通过该芯片可以将音 频信号转换为适合ＤＳＰ处理的电压信号。 本系统的核心部分为音频信号的处理，为满足系统的实 时性和高速性的性能要求，可以使用ＤＳＰ芯片进行滤波去噪 等数据处理。 在音频信号进行处理的同时，需要使用到存储设备以提 高系统的整体处理速度和性能，或者在信号处理后，还需要对 处理后的数据进行存储等后续操作，因此需要配合ＤＳＰ选取 合适的存储设备。 ＤＳＰ完成数据的处理后，需要与上位机进行通信和数据 传递，方便在上位机端对信号进行分析和显示，为简化系统结 构，可以选用常用的ＲＳ．２３２接口进行串口通信。 总结上述思路，可以确定各个系统模块所选用的具体型 号：ＤＳＰ芯片可以选用ＴＩ公司生产的ＴＭｓ３２０ＶＣ５４Ｏ２，该芯 片为１６位定点数字信号处理器，具有一个程序存储总线，三 个数据存储总线，还有四个地址总线，该芯片完全可以满足系 统对高速性能的要求；语音信号采集芯片选用两片 ＴＬＣ３２０ＡＤ５０Ｃ与ＤＳＰ芯片相连；对于存储器的选取，鉴于选 用ＤＳＰ芯片的指令时间为１０ｎｓ，为满足该ＤＳＰ运行速度的要 求扩展ＦＬＡＳＨ程序存储芯片选用ＳＳＴＶＦ４００Ａ，扩展ＳＲＡＭ 数据存储芯片选用ＩＳ６１ＬＶ６４１６Ｌ；由于需要进行串行电平转 换，转换芯片可选为ＭＡＸ２３２。 ２语音信号采集部分 根据选用芯片可以确定ＡＤ５０Ｃ工作在主动模式，ＤＳＰ工 作在被动接受数据模式，两者之间的传输通过ＤＳＰ的多通道 缓冲串口进行，当有数据传输时，ＡＤ５０Ｃ向ＤＳＰ发送硬中断 请求，激活ＤＳＰ进行数据接收。 由于使用了两片数据采集芯片，故可以通过配置ＡＤ５０Ｃ 芯片的Ｍ／Ｓ引脚将两个芯片分别设置为主从片，其ＩＮＰ和ＩＮＭ 引脚可以作为Ａ／Ｄ转换的语音信号的输入端，其ＤＩＮ用来接 收ＭｃＢＳＰ的数据，ＤＯＵＴ用来向ＤＳＰ传输转换后的数字数 据，这样就完成了语音信号采集硬件部分的设计。 ３通信协议设计 ＡＤ５０Ｃ与ＤＳＰ的串行通信分为初次通信和二次通信，初 次通信用来传输采样数据，二次通信用来传输寄存器的值。二 次通信主要发生在软件或硬件请求时，其目的是对ＡＤ５０Ｃ进 行初始化，并读取其内部控制寄存器的值。二次通信的数据 格式为：Ｄ。，为控制寄存器的读写控制位，Ｄｓ－Ｄ。ｚ为控制寄存器 的地址，Ｄ。．Ｄ 为控制寄存器中的数据。 ４语音信号的预处理’ 对语音信号的处理和分析首先要进行预处理，也就是对 信号进行放大、反混叠滤波、预加重等。 信号放大的作用是将微弱的信号进行放大，以便于后续 分析，但是该处理同时放大了噪声。反混叠滤波的作用有两 点，分别为抑制电源在５０Ｈｚ或６０Ｈｚ的频率干扰和抑制输入 信号中超出Ｕ２的频率分量，便于采样。进行预加重主要是因 为语音信号在高频部分（８００Ｈｚ以上）会因为采样方式和量化 方式的影响产生衰落，因此需要通过预加重提升该衰落部分， 保证语音信号的频谱平坦特性，便于后续分析。 ５语音信号存储部分 由于本文的音频采集与处理系统对存储容量和数据运算 量的要求相对较高，而本文选用的ＤＳＰ片内ＲＯＭ只有 ４Ｋｘｌ６ｂｉｔ，无法满足存储要求，故需要配置外接存储器。本文 选用的ＦＬＡＳＨ存储器为ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ，其存储空间为 ２５６Ｋｘ１６ｂｉｔ，但是读写速度为７０ｎｓ，相较于ＤＳＰ的工作周期 １０ｎｓ而言，两者的通信需要加入等待状态。 由于ＶＦ４００的写信号允许电平为低电平有效，所以在ＤＳＰ 与ＶＦ４００进行引脚连接时，需要将ＤＳＰ端的Ｒ／Ｗ引脚与 ＭＳＴＲＢ引脚进行逻辑或后与ＶＦ４００的Ｗｅ引脚进行连接。 ＶＦ４００的片选信号由ＭＳＴＲＢ引脚和ＤＳ引脚进行逻辑或后 于ＣＥ引脚进行连接。 ６软件设计部分 本设计方案使用ＣＣＳ进行编译、调试和仿真。系统流程 为：对ＤＳＰ和ＭｃＢＳＰ串口进行初始化，对音频采集芯片 ＡＤ５０Ｃ进行初始化，该初始化部分需要考虑波特率的设定、量 化和滤波等，还要根据实际情况设定个控制寄存器的值；然后 开中断，接收数据缓存，设置ＦＬＡＳＨ进入正常的工作模式，并 擦除原有数据，以防发生误码；然后即可进行数据的采集并将 采集后的数据保存到ＦＬＡＳＨ外扩存储器中；一次数据完成后， 系统等待命令，是否进行下一次数据采集和存储。 此外，系统组装完毕后需要进行调试，以确认是否能够正 常运行。按照分类方式，可以分别对硬件部分和软件部分进 行调试，然后对系统初始化，进行软硬件联合调试等。 ７结语 本文根据目的需求设计了一种基于ＤＳＰ的语音信号采集 系统，根据设计思路分别对各部分模块进行了分析和讨论。该 信号采集系统可以满足设计需求。 作者简介：肖莹慧（１９８２一），女，湖北武汉人，华中科技大学研究 生，教师，研究方向为软件工程、信号检测与分析。 ６３
