维普资讯 http://www.cqvip.com 第２９卷第４期 湖 南 大 学 学 报 （自然科学版） Ｖｏ１．２９．ＮＯ．４ ２ ０ ０ ２年８月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ａｕｇ．２ ０ ０ ２ 文章编号：１０００—２４７２（２００２）０４—００６３—０４ 基于ＤＳＰ的语音通信系统的设￥－ｉ－ 陈明义，夏王月 （中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙４１００８３） 摘 要：研究了以ＴＭＳ３２０Ｃ５４１０与ＰＣ机组成的语音通信系统，提出 了软、硬件设计方案，解决了ＤＳＰ与ＰＣ间建立握手信号及进行数据通信 的问题，并就ＰＣ机音频文件的格式与生成进行了探讨． 关键词：通信；握手；语音编码；ＬＰＣ；ＤＳＰ 中图分类号：ＴＮ９１２．３１ 文献标识码： Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｐｅｅｃｈ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ－ｙｉ，ＸＩＡ Ｙｕｅ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１ ００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｐｅｅｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＆ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ＴＭＳ３２０Ｃ５４１０ ａｎｄ ＰＣ，ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｓｈａｋｉｎｇ—ｈａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ＤＳＰ ａｎｄ ＰＣ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｒｅ ｂｏｔｈ ｒｅｓｏｌｖｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔ ｏｆ ａｕｄｉｏ ｆｉｌｅ ｉｓ ｓｈｏｗｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｈａｋｅ ｈａｎｄｓ；ｓｐｅｅｃｈ ｃｏｄｉｎｇ；ＬＰＣ；ＤＳＰ 很多领域需要用到语音处理及通信系统，对现场的声音进行采集，并进行相关的特征 分析与处理．语音通信系统的设计方法很多，可以用声卡采集，通过网卡传送到其他处理 器（或ＰＣ）上，但这样就需要将ＰＣ机放在录音现场，在某些特定场合不适用；也可以将采 样电路、ＡＤＣ、ＤＳＰ芯片及外部存储器设计在一块电路板上，但是这样实现有困难［１］．即 使对语音的采样为８ｋＨｚ×８ｂｉｔ表示，一秒钟语音也需要６４ｋｂ的存储空间，虽然可以对数 据进行多种压缩编码，如ＡＤＰＣＭ，ＬＰＣ，ＣＥＬＰ等，但数据量仍然很大．对于外接存储器 来讲，虽然Ｆｌａｓｈ存储器发展很快，存储量不断增大，但使用过多，成本较高，而且占用空 间．本文提出的设计方案，将数据的采集和处理经ＤＳＰ在现场处理，再通过ＤＳＰ与ＰＣ机 之间进行通信，保存在硬盘中，供下次回放使用，很好的解决了以上问题． 收稿日期：２００２一Ｏ４一Ｏ６ 作者简介：陈明义（１９６４一），男，湖南长沙人，中南大学副教授，博士研究生． 维普资讯 http://www.cqvip.com ６４ 湖南大学学报（自然科学版） １ 系统设计 本系统主要由４部分组成：一是对语音信号进行放大、滤波、采样、Ａ／Ｄ等的预处理 部分；二是经ＤＳＰ对语音数字信号进行压缩编码；三是ＤＳＰ与ＰＣ机的通信部分；四是语 音信号在ＰＣ中的存储，如图１． ＡＩＣ １ＭＤ ＨＰＩ （模拟 串ＧＡＬ２２Ｖｌ０ 行Ｉ 预处理） 口 口 口１ 图１语音通信系统总体组成 Ｆｉｇ．１ Ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｅｃｈ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ １．１功能部件及芯片介绍 ＤＳＰ芯片是ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ５４１０，单片模拟接口电路（以下简称ＡＩＣ，Ａｎａｌｏｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）是ＴＩ公司的ＴＬＣ３２０ＡＤ５０Ｃ．ＡＩＣ内部具有单片Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器 （１６ｂｉｔ），内置式可编程抗混迭滤波器，开关电容式低通平滑滤波器，ｓｉｎｘ／ｘ补偿，数据与 控制发送串口，软件复位、增益大小可编程．在ＤＳＰ与ＰＣ机之间，用一块可编程阵列逻 辑ＧＡＬ起连接作用． １．２ ＡＩＣ的编程及其与ＤＳＰ的接口设计 ＡＩＣ具有４个可编程的内部寄存器，通过软件编程能随时控制ＡＩＣ的采样频率，高、 低通滤波器的截止频率，模拟输入、输出的增益及其工作模式．ＡＩＣ与ＤＳＰ间的数据发送 分为两次，每次１６ｂｉｔ，称为二次通信，可由硬件或软件设置．ＡＩＣ的４个寄存器的值由 ＤＳＰ的多通道缓冲串口ＭｃＢＳＰ写入． １．３ ＤＳＰ与ＰＣ机的接口设计 在ＤＳＰ与ＰＣ机之间，用了一片ＧＡＬ作为两者之间的接口电路．在ＤＳＰ端，使用了 Ｃ５４ｌＯ片内的增强型主机接口ＨＰＩ，ＨＰＩ是一个８位并行口，用来与主设备或主处理器接 口．外部主机是ＨＰＩ的主控者，它可以通过ＨＰＩ直接访问ＣＰＵ的存储空间，包括存储器 映像寄存器［２］．本设计中，外部主机就是ＰＣ机．ＨＰＩ主要由５部分组成，其中的ＨＰＩＲＡＭ 是一个２Ｋ×１６位字的ＤＡＲＡＭ（Ｄｕａｌ—ａｃｃｅｓｓ ＲＡＭ），它在数据存储空间的地址为ｌＯ００ｈ ～１７ＦＦｈ，ＤＳＰ的ＣＰＵ和外部主机都可对它进行读写．ＨＰＩ经ＧＡＬ２２Ｖ１６与ＰＣ机的并 行口相连，其连接对应方式如表１，ＨＰＩ口的初始化数据由ＰＣ机并口送过来．ＰＣ机端是 通过并行口来进行通信的．计算机并行口可在多种模式下工作，ＨＰＩ口通信能支持的并口 工作模式有：４ｂｉｔ非双口（又称半字节模式），８ｂｉｔ双口（又称Ｂｙｔｅ模式），ＥＰＰ标准兼容模 式，ＥＰＣ标准兼容模式．本设计中使用的是第一种并行口模式，其连接方式与表１同． ■ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 陈明义等：基于ＤＳＰ的语音通信系统的设计 表ｌ ＨＰＩ口与ＰＣ机并行口连接图 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＨＰＩ ａｎｄ ＰＣ ＰＬＴ 营 ２软件设计 整个程序包括录音部分和回放部分，录音设计中有两个地方需要编程：一是ＤＳＰ端 的设计，用汇编语言完成，主要任务是初始化、管理ＤＳＰ的资源、完成语音数据采集及特 定处理；另一是ＰＣ机端的设计，用Ｃ语言或ＶＣ＋＋来完成，主要任务是与ＤＳＰ进行数 据交换、对语音数据进行存储、提供一个ＧＵＩ（图形用户界面）以便用户可以控制整个运 行过程． 程序设计中的一个难点是ＤＳＰ与ＰＣ机的通信问题．两个器件要进行通信，就必须 遵守一定的通信协议，在两者之间建立握手信号．ＤＳＰ将处理后的数据存放到ＨＰＩＲＡＭ 中，再送往ＰＣ机中，但是，当ＰＣ机和ＤＳＰ同时访问一个ＨＰＩＲＡＭ单元时，就会发生地 址冲突．而ＨＰＩＲＡＭ只有２Ｋ字节，无法保存全部录音数据，如何保证在连续录音的情况 下将数据及时送往ＰＣ机而不丢失数据？本设计中在ＨＰＩＲＡＭ中开辟了两个数据缓冲 区，先将ＤＳＰ采集的数据实时存入第一个数据区，当满了后就中断ＰＣ机读走该数据区 数据；而ＤＳＰ采集数据实时存入第二个数据区，从而解决了ＤＳＰ与ＰＣ机的实时通信问 题．程序框图如图２所示： ３数字音频文件的生成 采集到ＰＣ中的语音数据，需要将其保存为标准的音频文件．本设计中将其保存为 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司提供的一种标准格式文件——ｗＡＶ文件．ｗＡＶ文件是ＲＩＦＦ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ Ｆｉｌｅ Ｆｏｒｍａｔ）格式，它由文件头和一系列数据块组成Ｉ３］．要将采集进ＰＣ机中 的语音数据保存为ｗＡＶ文件，需要先定义一个标准的ｗＡＶ文件头，然后将所有的语音 数据保存到该文件的数据块中，并修改文件头种的数据长度和文件长度两个字段即可． 在语音采集进入ＤＳＰ之后，我们用ＬＰＣ线性预测编码对语音进行了实时处理，使数 据量大大减少，能直接用于语音通信． 本系统经实际测试，效果良好，既有较好的质量，又节省了成本、空间，是通信系统中 实用可行的参考方案． 维普资讯 http://www.cqvip.com ６６ 湖南大学学报（自然科学版） ２００２矩 图２ 录音部分主机程序框图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ．ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｒａｍｅ ｏｆ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ 参考文献： ［１］淳静，张王已，刘国福．一种数字录音与回放系统实现方案口］．电子技术应用，２００１，１２：６５～６７． ［２］ 邵蔚，吴开杰，李刚．５４Ｘ系列ＤＳＰ与计算机并口通信的设计方案［Ｊ］．电子技术应用，２００２，（３）： ２３—２６． ［３］汪楠。史岚．声音文件存储结构及其连接的处理口］．小型微型计算机系统，１９９８，１９（５）：７７—８０． ［４］ 戴明桢，周建江．ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ ＤＳＰ结构、原理及应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社。 ２００】．１１．
