基于DSP的语音信号采集系统设计

朱鸿序?彭森

摘 要：本文根据语音采集系统的设计要求和特点，设计一种基于TMS320VC5402的DSP芯片的语音采集系统。以DSP芯片为控制核心，在MATLAB中进行语音信号的采集，然后将采集的语音信号经模数转换后传送给DSP核心模块，最后对采集的数据进行计算或处理。

关键词：DSP芯片；数据采集；语音信号；TLC320AD50

1. 引言

数据采集技术是一项基本的实用性技术，已被广泛地应用于测量、监测、控制、诊断、科学试验等各个领域。近二十年来，数据采集技术由于采用了微机等一系列新技术，得到了飞速的发展。随着数字信号处理各项技术的发展，语音信号处理技术得到不断提高，语音合成、语音识别、语音记录与语音控制等技术已开始逐步成熟并得到应用。在语音信号处理过程中，要实现语音信号处理技术的精确性、实时性目的，语音信号采集和无误差存储成为语音信号处理中的前提。

2. 工作原理

基于TMS320VC5402的语音信号采集系统的结构如图1所示，该系统的中央处理单元采用美国TI（德州仪器）公司的高性能定点数字信号处理芯片TMS320VC5402，它采用修正的哈佛结构，包括1个程序存储总线、3个数据存储总线和4个地址总线，这种结构允许同时执行程序指令和对数据操作，运行速度快，单周期定点指令执行时间为10ns。在语音信号采集中， 模拟信号向数字信号转换（ADC）的精度和实时性对后续信号处理过程起到了重要作用。设计中采用TLC320AD50完成语音信号的A/D转换。TLC320AD50是TI公司提供的一款16 bit同步串口A/D和D/A转换芯片，ADC之后有1个抽取滤波器以提高输入信号的信噪比， 其采样频率最高可达22.5 Kb/s，满足语音信号处理中关于采样频率的要求。

3. 主程序流程图

主程序流程图如图2所示。

4. 系统仿真

MATLAB 是美国Math Works 公司推出的一种面向工程和科学计算的交互式计算软件，在MATLAB 环境中，可以通过多种编程方法驱动声卡实现对语音信号的采集和播放，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析.使用MATLAB 语言编程可以将声音文件变换为离散的数据文件，然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据，如数字滤波、傅里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种分析图的呈现等等.下面给出一个MATLAB 程序，读入一个采样频率为 22.050 kHz、16 位单声道的WAV 文件，然后播放并做语音信号的波形、频谱和倒谱图如图3所示。

4. 结论

本文介绍了由TMS320VC5402组成的语音信号采集系统设计。AD50C丰富的可编程功能设置使系统能方便的实现不同采样率的转换，输入输出增益控制，转换前后的抗混叠与均值滤波等。VC5402的强大信号处理能力使得系统能够实现复杂的信号处理算法，不仅可以进行数据采集还能够对采集信号进行算法处理。系统若连接液晶显示模块并在软件上进一步丰富功能，可以应用于实际管道泄漏检测中，具有较高的应用价值。

参考文献

[1] 张雄伟..DSP芯片的原理与开发应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2] 张德丰. 数字图象处理（MATLAB版）[M].北京：人民郵电出版社，2009.

[3] 童时中. 模块化设计原理方法及应用[M].北京：中国标准出版社，2000.

[4] 朱铭锆， 赵勇， 甘泉. DSP应用系统设计 [M].北京：电子工业出版社，2002.

作者简介

朱鸿序（1994-），邵阳学院电子科学与技术专业学生。

通讯作者

彭森（1983-），邵阳学院信息工程系教师。