硕士论文-基于DSP的DTMF信号检测.pdf

山东大学 硕士学位论文 基于dsp的dtmf信号检测 姓名：刘宁 申请学位级别：硕士 专业：电子与通信工程 指导教师：赵辉 20050430 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担 论文作者签名：垒i 堑 e t 期：醴竺坦 关于学位论文使用授权的声明 ， 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：主上空 导师签名： 山东大学硕士学位论文 iilil 一，ii_- 中文摘要 双音多频d t m f ( d u a lt o n em u l t if r e q u e n c y ) 信号，现在已广泛的应用在多 个领域。d t m f 信号具有抗干扰性强和高速率传输的优点。d t m f 现正在世晃范围内 使用在按键式电话机上因其提供更高的拨号速率。迅速取代了传统转盘式电话 机使用的拨号脉冲信令。近年来d t m f 也应用在交互式控制中，诸如语言菜单、语 言邮件、电话银行和a t m 终端以及v o i p 系统中，现在市场上使用的电话机都同时 支持f s k 计盯两种制式 传统的d t 肝信号的检测是由专用的芯片来完成，如发送的m t 5 0 8 7 芯片，接受 的m t 8 8 7 0 芯片采用专用芯片的接收和解码都是依靠计算输入信号的过零率 但这种方法有很多局限性，当混有语音和噪音时，专用芯片检测往往会出现误差 如果音频信号频率改变应用于别处专用芯片就起不了作用 随着近年来d s p 技术的飞速发展，d s p 在复杂的数字处理当中越来越显示出优 势。特别是有些专用的d s p 芯片，已经集成了复杂的数学算法，例如：f f t 等这 样就大大我们就减少了编程的工作量同时，d s p 在数字处理当中具有运算速度快， 精度高的优点。 在本篇论文中，我们将尝试利用d s p 技术来实现d t m f 信号的检测。如果能够 实现将消除d t m f 信号在实际应用的检测中对专用芯片的依赖性，从而降低电路设 计成本。 在本篇论文中，将介绍一种g o e r t z e l 算法。与传统d f t 算法比较，通过该算 法可以很大提高d s p 在d t m f 信号解码中的计算速度。我们将着重该算法的推算过 程，并比较d f t 算法，从而得出该算法在d r 虾信号检测中的计算优势。和进行d t 岍 解码的必要的公式。 完成d t m f 信号解码的理论分析之后，我们将对d s p 芯片进行编程，并在d s p 仿 真器上来验证。编程将用c 语言来实现因为本篇论文侧重于d s p 在解码过程中 的方法的研究对于d s p 信号的生成，我们在本论文中将不再重点来阐述因为本 篇论文侧重于d s p 在解码过程中的方法的研究，在验证解码过程中，我们将直接 采用d r r 肝音频发生软件直接作为仿真器的d t m f 信号的输入 总上所述，本文共分为d t m f 信号的属性和产生介绍，g o e r t z e l 算法介绍， 山东大学硕士学位论文 针对d s p 芯片进行编程，硬件d s pd e m o 板及相关芯片介绍仿真测试及结论五大 部分 作为本论文的最后结果，结合g o e r t z e l 算法，d s p 仿真器能够实现对d t m f 信 号的解码达到了我们的研究目的。 关键词：d t m f 信号，g o e r t z e l 算法，e e d d e c 5 4 1 6d e m o 板，c o o le d i t 音 频发生软件 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t d t m fs i g n a lb a sb e e nw i d e l yu s e di ne o m m u r t i e a t i o nf i e k t e s p e c i a l l yi n t e l e p h o n e d t m fm o d ep h o n ei st a k i n gp l a c eo fp r e s s - k e yp h o n e d t l v l fc o m p o s e s o n eh i 曲f r e q u e n c ya n dl o wf r e q u e n c ys i g n a l b e c a u s et h a tt h e s ef r e q u e n c yi sr a r e l y u s e di np e o p l ev o i c e s od t m fs i g n a jh a sm o r ea n t i - j a m m e dc a p a b i l i t y a tt h es a m c t i m e ，t h ed t m fs i g n a lc ：8 1 1b ei r a n s m i t t e di nh i g hs p e e d d t m fh a sb e e nu s e di no t h e r 矗l e dr e c e n t l y d t m fs i g n a ld e t c c t i i sn e c e s s a r yi nt h ed t m fs i g n a lr , r a e t i e a l 时t h et r a d i t i o n a l d e t e c t i o ni sp e r f o r m e db ys p e c i a lc h i p s t h i sm o d eh a ss o m i ：s h o r t c o m i n g s t h e r ei s s o m e t i m e se r l r o l “ i nt h er e s u l to f d e t e c t i o nw h e nt h ei n p u ts i g n a li sc o n s i s t e do f v o i c ea n d n o i s e mt h es a r n l ：t i m e ，b e c a u s eo ft h el i m i to fs p e e i a le l i p ，i t 锄n o tb eu s e di no t h e r f i l e dc o n v e n i e n t l y d s pt e c h n o l o g yh a sb e e ni m p r o v e dq u i e l d y i th a sb e e nu s e di nm a n yf i e l d s d s p c h i p sh a sa b u n d a n ts o f ta n dh a r d w a r ei c s o u i c e $ t op e r f o r mt h ed i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i t c a np e r f o r mc o m p l e xm a t h e m a t i ca n a l y s e s a n ds o m cc h i p sh a v eb e e ne n c a p s u l a t e d c o m p l e xa r i t h m e t i cs u c ha sf 盯i tn d sn o t 璐t op r o g r a mo ni ta g a i n i nt h i st h e s i s w et r yt oa c h i e v et h ed t m fd e t e c t i o nb yd s pt e c h n o l o g y w ew i l l i n t r o d u c eg o c r t z e la r i t h m e t i c w ew i l lc o m p a r et h i sa r i t h m e t i cf r o md f t t h i s a r i t h m e t i cc a l li m p r o v eo p e r a t i o ns p e e di nd t m fs i g n a ld e t e e d o n w ew i l lp r o g r a m0 1 1d s pc h i pi nc | a n g u a g e a n dw ew i l lv a l i d a t et h ed e t e c t i v e r e s u l ti nd s pe m l u a t o r , i nt h i st h e s i s w ee m p h a s i z et h ed e t e c t i o nw a y sr e s e a r c h ，w e w i l ln o td e s i g nt h ed t m f s i g n a lg e n e r a t o rs p e e i a n y w ew i l lu s e t h ed t m fs i g n a ja si n p u tm a d eb ys o t t w a r c a st h ef i n a lr e s u l t , t h ed s pe m l u a t o rc 缸p e r f o r mt h ed t m fs i g n a ld e t e c t i o n k e y w o r d s ：i ) t i v l fs i g n a l , g o e r t z e la r i t h m e t i c ，e e d - d e c 5 4 1 6 d e m o ，c o o le d i t a u d i os o f t 。 3 山东大学硕士学位论文 1 m l _ - _ - _ _ _ - - _ _ _ - - _ _ - - _ - _ _ _ _ - - _ - _ _ - - - _ _ _ - _ - _ - - - _ _ _ 一 第一章：d t i v 伍信号介绍和产生 1 1d 1 1 舻信号介绍 d t m f ( d o u b l et o n em u l i t i f r e q u e n c y ，双音多频) 作为实现电话号码快速可 靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此。可广泛 用于电话通信系统中。另外，它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数 据流和语音等信息的远程传输。双音多频d t m f ( d u a lt o n em u l t i - f r e q u e n c y ) 信 令，逐渐在全世界范围内使用在按键式电话机上，因其提供更高的拨号速率，迅 速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信令。近年来d t m f 也应用在交互式控 制中，诸如语言菜单、语言邮件、电话银行和a t m 终端等。将d t m f 信令的产生与 检测集成到任一含有数字信号处理器( d s p ) 的系统中，是一项较有价值的工程应用 d t m f 是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种 编码技术两个单音频的频率不同，代表的数字或实现的功能也不同这种电话 机中通常有1 6 个按键，其中有1 0 个数字键o 9 和6 个功能键掌、# 、a 、b 、c 、d 。 由于按照组合原理，一般应有8 种不同的单音频信号因此可采用的频率也有8 种，故称之为多频，又因它采用从8 种频率中任意抽出2 种进行组合来进行编码， 所以又称之为“8 中取2 ”的编码技术 d t m f 使用广泛的主要原因在于它的强抗干扰性，为什么d t m f 具有强抗干扰性 昵，主要是因为对于电话而言，干扰噪声源一般是人的声音，比如一个人拿起话 筒说话经过研究人的话音信号在o - - 4 0 0 0 h z 内，人可以发出d t m f 中的某一种频 率的话音，但是却很难同时发出高频成分组和低频成分组中的一对频率，例如 ( 1 2 0 9 h z ，7 7 0 h z ) 按健4 。同时这些频率的选择也是经过了对人体声学的研究后 得到的，是人的声带使用最少的频率组合。 因此d t m f 可以避免由于人的话音干 扰。 在d t m f 制式的话机上，按下每一个拨号键即会产生一个d t m f 信号。该信号 为两个音频信号叠加构成y ( t ) = 胁s i n ( 2 柙i 术f l 木t ) + 胁s i n ( 2 * p i * f 2 * t ) 。如下图 所示： 山东大学硕士学位论文 m 心 m 缸 硷拖 h 1 瑚 i l - k r ，心1 啦 行频：f i = 1 2 0 9 ，1 3 3 6 ，1 4 7 7 ，1 6 3 3h z 列频：f 2 = 6 9 7 ，7 7 0 ，8 5 2 ，9 4 1 h z i 2 哪信号产生简介： 本论文主要研究的是d t m f 信号的检测理论以及实现，只对d t m f 信号的产生傲简 单说明：d t 盯双音频可以由两个可编程的二阶数字正旋振荡器产生，其中一个用 于产生行频。其中一个用于产生列频由于d t m f 频率范围在6 9 7 1 6 3 3 h z 之间， 根据抽样定理可知，以8 kh z 速率抽样对d t m f 信号没有影响。下图示出了一对数 字正弦滤波器的方框图 数字正弦振荡器通常可以视为复共轭极点位于单位圆上的二阶振荡器二阶 极点的系统函数可表示为：h ( z ) - 五南 l + “：。+ 口，z 。 所含参数为： b , = a s i n 。 a l = - - 2 c o s 。 l 产l 5 山东大学硕士学位论文 ，西) = 4 l y 白一1 ) 一4 2 “糟一萄 ，( n ) = - a l y c n - 1 ) - s z y l n 一2 ) - 其离散时域脉冲相应为：h ( n ) = a s i n ( ( n + 1 ) 0 ) u ( n ) 由上式可知，对于给定的脉冲输入，二阶系统将输出一个纯净的正弦波在 实际应用中，常常将系统用差分方程形式来描述 y ( n ) = 一a l y ( n - 1 ) 一a 2 y ( n 一2 ) + b o 木 该式初值为y ( - 1 ) = o ，y ( 一2 ) = - a s i n 0 。这里y ( - 1 ) = 0 ，y ( - 2 ) = 0 。注意用于系统 脉冲的目的是为了开始一个正弦振荡，如果系统无阻尼且稳定，那么随后正弦 振荡将一直持续下去为了方便起见，我们不妨将木脉冲作为输入，而是改变 y ( 一2 ) 的初始值。使其满足系统振荡的初始条件，这样，差分方程可改写为： y ( n ) = 2 c o s o y i n 一1 ) 一y ( n 一2 ) 这里， y ( 一1 ) = 0 。 y ( 一2 ) = - a s i n 0 0 = - 2 f o f s 其中，f s 为采样频率，f o 为输出正弦波的频率， 为输出正弦波的幅度可以发现y ( - 2 ) 单独决定了正弦波的幅度 对于音频的持续时间，a t t 规定每秒最多按1 0 个键，即每个键最短约l o o m s 其中，实际音频持续时问至少为4 5m s ，不大于5 5 m s ，因此在时隙的剩余时间内 音频产生器必须保持静默本论文侧重于d t m f 信号的理论部分研究，所以我 们在后面的检测方案，直接以计算机软件模拟产生的d t m f 信号作为输入是在 一种理想状态下的信号输入与检测，所以我们可暂不考虑在实际应用中的复杂 情况。 1 3 传统的d r r 虾信号编解码介绍： 本论文主要目的是研究用d s p 实现d t m f 信号的检测的算法理论研究和软件设 计实现，在电话中的双音多频( d t 虾) 有两种用途：一是用于双音多频信号的拨号， 去控制交换机实现对被叫用户的呼叫，二是利用双音多频信号遥控电话机的各种 动作如播放用户留言，语音信箱前者解决双音多频信号的发送，后者是双音 多频信号的接受和解码这些都离不开d t m f 信号的正确检测。目前，d t 盱信号的 山东大学硕士学位论文 检测都是用专用的芯片来实现，如发送的) k r 5 0 8 7 芯片，接受的h t 8 8 7 0 芯片采 用专用芯片的接收和解码都是依靠计算输入信号的过零率但这种方法有很多局 限性，当混有语音和噪音时，专用芯片检测往往会出现误差如果音频信号频率 改变应用于别处专用芯片就起不了作用在本篇论文中，我们将尝试利用d s p 来实现对d t m f 信号的检测将选用t m s 3 2 0 c 5 4 x 系列的频域检测方法来实现考 虑到本篇论文是侧重于用探究d s p 实现d t m f 信号检测的可行性我们将在做最后 结果实验时，对于d t m f 信号的产生与检测我们将不再做单独的电路设计，我们将 选用t m s 3 2 0 cd s p 嵌入式d e i o 板，对于d t m f 信号产生部分，我们采用软件模拟 产生的d t m f 信号作为d e m o 板的音频输入信号 7 山东大学硕士学位论文 第二章：g o e r t z e l 算法 2 1 传统d f t 算法的研究 利用d s p 实现d t m f 信号的检测，首先要研究d t l i f 信号y ( t ) = a , s i n ( 2 * p i * f l * t ) + a , s i n ( 2 * p i * f 2 * t ) 的频谱特点按照传统的研究算法是d f t 算 法在本论文中使用的g o e r t z e l 算法，使用g o e r t z e l 算法能够有效的提高运算 速度下面对g o e r t z e l 算法进行介绍 g o e r t z e l 算法介绍：既然我们通过d f r 变换就可以得到x ( k ) ，进而推出实 际的信号频谱，那么采用g o e r t z e l 算法的目的肯定是为了提高运算的速度。 g o e r t z e l 算法本身并不比d f t 算法优秀，但是在一定的条件下它比- d f t 算法有效， 我们一边介绍算法，一边分析g o e r t z e l 算法的优势 d f t 算法的实际运算次数： x k 】= 虹珂】二”，0 k n - 1 u = o = 工【o 】硝- t - 虹1 】蝶+ 观2 】孵+ + 缸一2 吸- 2 + + x i n - 1 1 孵 从公式可知，每算一次x 【纠需要进行n 次复数相乘和n - - 1 次复数相加，由于 0 k 刍n - i ，因此算出所有的x i k g 燃n 2 次复数相乘和n ( n 1 ) 次复数相加 一次复数相乘对应于四次实数相乘； c l = ( a l + j b l )c 2 = ( a 2 + j b 2 ) c 1 和c 2 为复数： c l e 2 = a l b l + j ( a l b 2 ) + j ( a 2 x b l ) 一 b l b 2 因此实际需要4 n 2 次实数相乘 山东大学硕士学位论文 2 26 0 e r t z e l 算法简介： g o e r t z e l 算法是一种计算d f t 的优秀算法，它充分的利用了以下性质： w = 1 因为x k 】= z 【刀】陟葛”，0 k n 一1 得：x k 】= j v - - i x ，z 陟葛”阡i 七= l v - - i z 【胛 阿万“一哪 = x n 宰k 加 这实际上把x 【后】表示成了两个序列的卷积 t ( ，z ) = x ( ，2 ) 当o n n 一1 t ( 玎) = 0 n 为其他值 忽( 刀) = 乃_ 一h 当o ，z ，砭( ，2 ) = 0 n 为负数 我们定义： ，一1 y k ( n ) = 。芝x 门 崂“”d= x a n ) o 忽( 刀) ( f _ 1 ) 由z 变换的知识，两个序列时域相卷，等于频域相乘 t ( 力) 绣( 门) z 0 ) 一专 一专 9 南 = ) ) 玎 如 以 y 山东大学硕士学位论文 驰) = 貉 t ( 聆) 和么( 刀) 的卷积得到新序列儿( 刀) ，这也就意味着令t ( 以) 通过一个 抛为以( 加赢撇姻解到儿( 班搠繇礁儿( 行) 当n = n 时。带入f - 1 的： 儿( ) ：笙札挖 w i k o v - i ) ：z 后】：缸，2 】碟一 = x ( k ) 这就意味着这个滤波器的第n 个输出是所求的x ( k ) 1 0 这个滤波器可以计算得到x k 改变陈中k 的值就可以得到另一个x k ， 比如我们需要求得x 3 ，令崂= 形则把采样得到的2 0 5 + 删 山东大学硕士学位论文 - _ _ _ _ _ - _ - - - _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ 一i 一 = 0 该滤波器，在n = 2 0 5 时读出y 3 ( 2 0 5 ) ，这就是x 3 2 3g o e r t z e l 算法优势的分析： 由滤波器得到如下关系式； 儿( 聆) = t ( ，z ) + k y t ( ，2 1 ) 每算一次x 【七】需要进行n 次复数相乘和k 一1 次复数相加，总的运算量与 d f t 相比并没有提高。那么g o e r t z e l 算法的优势何在呢? 在dft 方式中，每次运算都需要把0 到k 1 个点全部得到后再开始运算 ，一1 x k 】= x 托】乃鸳”，0 尼n l n = o 如果x ( n ) 没有采集完毕是不能开始运算的，因此d s p 必须等待抽样过程完 毕后再开始运算。浪费了等待时间。 g o e r t z e l 算法的优势在于每采入一个x ( n ) 就可以得到一个y k ( ，z ) ， 因此采样和计算可以同步进行，并行处理的优势使得d s p 无需等待而大大 提高了速度。 2 4 对g o e r t z e l 算法的第一步改进： 山东大学硕士学位论文 峨( 加两 ：! 二堕三：! 二! ：鲨三：! l 一2 c 。s 专班。1 + z - 21 2 c 呶万2 z 枷。+ z - 2 相应的滤波器在下图中 v 。( n ) = 2 c o s ( 等k ) u ( n 一1 ) 一v 。( n 一2 ) + x ( n ) ( 2 1 ) “ “k = y t ( ) = v 。( n ) 一孵v k ( n 一1 ) 在计算v a n ) 时，只有一次复数运算，来于( c o s ( 孥k ) v 。( n 一1 ) ) 。这个复数运 算实际上是一个实数与一个复数的乘积，故等价于只需2 次实数相乘运算。 f o re x a m p l e ： 8 。r e a l b = b l + j b 2 a 车b = 种( b l + j b 2 ) = a 幸b l + j ( 醇b 2 ) 2 因此算出一个x k 需要2 n 次实数相乘运算。算出所有的x k 需要2 次实数相 乘运算这就比原来提速一倍 进一步的提速： 观察风( z ) 滤波器和h u i ( z ) 滤波器，它们分别可以得到x k 和x n k 从公式( 2 1 ) 可得： = 2 c 。s ( 等( n - k ) ) v u i 一1 ) 一k 一女。一2 ) + x ( n ) = 2 c 。s ( 等k ) 一i o 一1 ) 一一o 一2 ) + x ( n ) ( 2 2 ) 对比如下： v a o ) = 2 c o s ( 等( k ) k ( 一1 ) 一k ( 一2 ) + x ( o ) - x ( 0 ) 嚣南 兰乏銮：竺圭：竺垩三 圪一t ( 0 ) = 2 c 。s ( 丝n k ) 一t ( 一1 ) 一一 ( 聆一2 ) + x ( n ) = x ( o ) = 以( 0 ) 圪( 1 ) = 2 c 。s ( 等( k ) 圪( o ) 一k ( 一1 ) + x ( 1 ) ( 1 ) + 2 c o “等( k ) x ( o ) 一t ( 1 ) = 2 c 。s ( 丝n k ) 一t ( o ) 一一t ( 一1 ) + x ( 1 ) = x ( 1 ) + 2 c o s ( 等( k ) x ( 0 ) - 圪( 1 ) 由完全归纳法可知 巧一t ( 玎) = v a n ) 对于若一n 均成立。 于是得到 x 啡以( 忉= 圪( 加一孵圪( 一1 ) ( 2 3 ) x n k = y ，一i ( ) = k t ( r ) ) 一w 2 一v k ( n 1 ) = v a n ) 一阿百圪( 一1 ) ( 2 4 ) 进一步考虑： 在实际的应用中，在公式( 2 - - 1 ) 中采用的x ( n ) 是实际信号的采样，它肯定 是一个实数，这样就使得u ( n ) 也是实数 v - ( n ) = 2 c 。s ( 百2 7 r k ) v - ( n - 1 ) 一u ( n 一2 ) + x ( n ) 由公式( 2 - - 3 ) 和( 2 - - 4 ) 知道 x e k 和x n - - k 相互共厄，这样就可以由x e k 取共厄求的x n - - k 使得 运算量又减少一半 2 4 利用g o e r t z e l 算法对f f r i i f 信号的计算及其f i g u r e 特性 下面是低频组的峰值出现情况( n = 2 0 5 ) 山东大学硕士学位论文 i 以上图形在) i i a t l a b 下验证，程序如下 c l e a r 山东大学硕士学位论文 f = 6 9 77 7 08 5 29 4 1 ，1 2 0 91 3 3 61 4 7 71 6 3 3 ： n = 2 0 5 n = o ：n 一1 ： f o ri = 5 ：8 x = s i n ( 2 搴p i 蜘町( i ) 8 0 0 0 ) k = 2 5 ：4 5 f o rs = l ：2 1 f x ( s ) = g f f t ( x n ，k ( s ) ) ： e n d f x ：a b s ( f x ) ： s u b p l o t ( 2 ，2 ，i - 4 ) ： s t e m ( k ，f x ) ： x l a b e l ( f ( i ) ) ： y l a b e l ( m a g n i t u d e ) e n d g f f t 函数的程序 f u n c t i o nx f = g f f t ( x ，n ，k ) i fl e n g t h ( x ) # i n c l u d e # i n c l u d e c o d e c h # d e f i n e s i g n - b i t( o x 8 0 )as i g nb itf o raa - l a wb y t e 衫 # d e f i n e q u a n t _ w a s k ( o x f )宰q u a n t i z a t i o nf i e l dm a s k 宰 # d e f i n e s e g _ s h i f t ( 4 )肛l e f ts h i f tf o rs e g m e n tn u m b e r 幸 # d e f i n es e g - m a s k ( o x 7 0 n 沁s e g m e n tf i e l dm a s k # d e f i n ec 州u m 3 2 s h o r td t m f c o d e 1 ： v o i dc a l l i d ( s h o r t d a t a ) s h o r tc o e f 8 ： i n tu o 8 ，u l 8 ： l o n gi n tt h r e s h ； l o n gt e m p ； i n ta ： s h o r tx z e r o ： i n tt ： l o n gp o w e r 8 ： l o n gp o w m a x l ，p o w m a x 2 ： s h o r tm a x l ，m a x 2 ： s h o r ti = 0 ： t h r e s h ：o ： x z e r o = o ： f o r ( i = 0 ：i 2 0 t h r e s h y 2 0 0 0 0 0 ) 改动t h r e s h o 2 5 0 0 0 0 u o 0 = 0 ：u l 0 = o ：u o 1 = 0 ：u l 1 = 0 ： u 0 2 = 0 ：u l 2 = 0 ：u o 3 = 0 ：u l 3 = 0 ： u o 4 = o ；u l 4 = o ；u o 5 = o ；u l 5 = o ： u oe 6 = o ；u l 6 = 0 ；u o 7 = o ；u l 7 = 0 ：初始化各频点初值为0 c o e f 0 = 2 7 9 8 0 ：c o e f 1 = 2 6 9 5 6 ：c o e f 2 = 2 5 7 0 1 ：c o e f 3 = 2 4 2 1 8 ： c o e f 4 = 1 9 0 7 2 ：c o e f 5 = 1 6 3 2 4 ：c o e f 6 = 1 3 0 8 5 ：c o e f 7 - - 9 3 1 5 ： 初始化常数系数2 c o s ( 胁( 2 耳n ) ) * 1 6 3 8 4 f o r ( i = 0 ：i = 1 4 ： u o o = t e m p u l 0 + ( d a t a i 8 ) ： u 1 o = t ： t = u o 1 ： t e m p = c o e f 1 t e m p = 1 4 ： u o 1 = t e m p u l 1 = 一t ： u o 1 一u l 1 + ( d a t a i 8 ) ： t = u o 2 ： t e m p = c o e f 2 u o 2 ： 一 t e m p = 1 4 ： u o 2 = t e m p - u l 2 】+ ( d a t a i 8 ) ： u l 2 = t ： t ；u o 3 ： t e m p = c o e f 3 u o 3 ： t e m p = 1 4 ： u o 3 = t e m p u l 3 + ( d a t a i 8 ) ： u l 3 = t ： t = u o 4 ： t e m p = c o e f 4 t e m p = 1 4 ： u o 4 = t e m p u l 4 = t ： 事u o 4 一u l 4 + ( d a t a i 8 ) t = u o 5 ： t e 叩= c o e f 5 奉u o 5 ： t e m p = 1 4 ： u o 5 = t e m p u l 5 + ( d a t a i 8 ) u l 5 = t ： t = u o 6 ： t e m p = c o e f 6 t e r a p = 1 4 ： u o 6 = t e m p u l 6 = t ： u o 6 ： 一u l 【6 + ( d a t a i 8 ) ： t = u o 7 ： 山东大学硕士学位论文 t e m p = c o e f 7 u o 7 ： t 唧 = 1 4 ： u o 7 = t e m p u 1 7 + ( d a t a i 8 ) ： u l 7 = t ： 1 用2 0 5 个样点计算8 个频点的递归值 p o w e r 0 = u o o 】u o o ： p o w e r o + = u l 0 u l 0 ： t e m p = c o e f o * u o o ： a = t e m p 1 4 ： p o w e r o 】一a u lc o ： p o w e r 1 = u o 1 u o 1 ： p o w e r 1 + - u 1 1 宰u l 1 ： t e m p = c o e f 1 * u o 1 ； a = t e m p 1 4 ： p o w e r 1 一：a u l 1 ： p o w e r 2 = u o 2 u o 2 ： p o w e r 2 忙u l 2 u l 2 t e m p = c o e f 2 * u o 2 ： a = t e m p 1 4 ： p o w e r 2 ：a u l 2 ： p o w e r 3 = u o 3 宰u 0 1 3 ： p o w e r 3 枉u l 3 枣u l 3 t e m p = c o e f 3 = u o 3 ： a = t e m p 1 4 ： p o w e r 3 一a u l 3 ： p o v e r 4 = u o 4 u o 4 ： p o w e r 4 + - u l 4 幸u l 【4 t e m p = c o e f 4 * u o 4 ： a = t e m p 1 4 ： p o w e r 4 一a 幸u l 4 ： p o w e r 5 = u o 5 u o 5 ： p o w e r 5 + = u l 5 u l 5 ： t e m p = c o e f 5 * u o 5 ： a = t e m p 1 4 ： p o w e r 5 = a 宰u l 5 ： p o w e r 6 = u o 6 宰u o 6 ： p o w e r 6 忙u l 6 枣u l 6 ： t e m p = c o e f 6 * u o 6 ； a = t e m p 1 4 ： p o w e r 6 - = a u l 6 ： p o w e r 7 = u 0 1 7 u o 7 ： 山东大学硕士学位论文 p o w e r 7 + - u l 7 u l 7 ： t e m p = c o e f 7 * u o 7 ： a = t e m p 1 4 ： p o w e r 7 一= a u l 7 ：计算8 个频点的频谱值 p o w m a x l = 3 0 0 0 0 ： p o w m a x 2 = 3 0 0 0 0 ： m a x l = 8 ： f o r ( i - o ；i ( 4 ：i + + ) i f ( p o w m a x i 智能外设除了标准的串行口和时分复用( t d m ) 串行口外，还提供了 自动缓冲串行口b s p ( a u t o - b u f f e r e ds e r i a lp o r t ) 和与外部处理器 通信的h p i ( h o s tp o r ti n t e r f a c e ) 接口b s p 可提供2 k 字数据缓冲 的读写能力，从而可以降低处理器的额外开销，指令周期为2 0 n s 时， b s p 的最大数据吞吐量为5 0 o s 。即使在i d l e 方式下，b s p 也可以全 速工作。h p i 可以与外部标准的微处理器直接接口。 4 3d e m o 板介绍： d t 鼯信号检铡电路比较简单，我们在实际检测中采用d s p 的d 蹦o 板来实现 山东大学硕士学位论文 i i i _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 在本论文中，我们采用的是s e e d - - d e c 5 4 1 6 系统。 在s e e d - - d e c 5 4 1 6 系统中主要集中了d s p ，s r a m ，f l a s h ，c o d e c ，u a 时，i j s b 等外 设及开放给用户的扩展总线。这样使其能够应用在语音的处理和及其相关的领域。 该d 阴0 板的技术指标： 主处理器t l i s 3 2 0 v c 5 4 1 6 主频1 6 0 mh z s r a m6 4 k 1 6 位1 2 n s ( 可拓展为5 2 1 k 1 6 ) f l a s h2 5 6 k 1 6 位7 0 n s c o d e c 双声道，立体声输入输出，最高采样速率为9 6 k h z u a r t 2 通道r s 2 3 2 r s 4 2 2 r s 4 8 5 可配置 扩展总线接口电平兼容+ 3 3 v + 5 v 。 4 4m c b s p 接口介绍： m c b s p 是m u l t i c h a n n e lb u f f e r e ds e r i a lp o r t 的缩写，即多通道缓冲型串行 接口，它具有很强的可编程的软件能力，可以配置为多种同步串行标准直接与 各种器件高速接口 t 1 e ! 标准：通信器件。 m v i p 和s t b u s 标准：通信器件 i 叫一2 标准：通信器件 a c 9 7 标准：p ca u d i oc o d e v 器件 i i s 标准：c o d e c 器件 s p i：串行a d ，d a ，串行存储器等器件。 v c 5 4 1 6 片内共有3 个m c b s p ，每个m c b s p 的内部原理如下图所示： 山东大学硕士学位论文 ，- l _ _ _ i l i l l _ - _ _ l _ - i i i i _ - - - l - 每个m c b s p 均由发送器和接收器构成，各有3 个信号：位时钟，帧同步和串行 数撂。 所以一个m c b s p 有下列信号：f s r ，c l k r 。d r 和p s x , c l 隧，d x 帧同步信号；f s r ，f s x 位时钟：c l k r , c l k x 串行数据流：d rd x m c b s r 通信协议 m c b s r 为一同步串行通信接口，同步串行通信协议包含： 串行数据流起始时刻成为帧同步事件。帧同步事件由位一时钟采样帧同步信号给出。 串行数据流长度：串行传输的数据流位数达到设定的长度后，结束本次传输 串行数据流传输速度：即每一个串行位的持续时间由位一时钟。 f s r ( f s x ) ，c l k r ( c l l ( ) 【) ，d r ( d x ) 三者之问的关系即如何取得帧同步事件，何时采 样串行数据位流，或何时输出串行数据位流，是可以通过m c b s p 的寄存器进行配置 叭雎 慧鋈鎏一 山东大学硕士学位论文 4 5c o d e c 器件t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 的介绍 d 蹦o 板的音频输入输出：s e e d - - d e c 5 4 1 6 采用t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 实现音频的输入 输出，t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 是一颗音频c o d e c 器件，它的基本功能为4 8 k h z 带宽，9 6 i ( h z 采样率，双声道立体声a d ，d a ，音频输入包括：麦克风输入和立体声输入，音 频输出包括：立体声输出 t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 与微处理器的接口有2 个，一个是控制口，用于设置 t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 的工作参数。另一个是数据口，用于传输t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 的a d ，d a 数据。t l v 3 2 0 a i c 2 3 b 的控制口与配置成s p i 的v c 5 4 1 6 的m c