DSP男女声变换报告.doc

DSP课程设计实验报告男女声变换学院：电子信息工程学院成员：指导教师：钱满义目录男女声变换实验3一、实验目的3二、设计要求及目标3三、实验内容3四、 设计方案、算法原理说明41、 频谱变换42、 男女声变换63、 本实验DMA使用情况8五、 程序设计8六、 参考文献11男女声变换实验一、实验目的1、掌握DSP集成开发环境CCS的使用和调试方法；2、掌握DSP片上资源和片外资源访问的基本方法；3、通过对DSP信号处理器及D/A和A/D转换器的编程，培养学生C语言编程能力以及使用DSP硬件平台实现数字信号处理算法的能力；4、掌握男女声音调变换系统的DSP设计可使学生将数字信号处理算法与工程实践相结合，提高学生系统地思考问题和解决实际问题的能力；二、设计要求及目标基本部分：(1) 利用DSP的DMA方式对外部信号进行实时采集、传输与处理。(2) 使用C语言编写并实现男女生声音的实时变换。发挥部分：(1) 能够智能识别男女声音。(2) 通过算法中参数值的选择，调整信号频率变化的程度，实现男女声音相互转化程度可变。三、实验内容 本实验以DMA与McBSP相结合的方式，实现实时的男女生声音变换。主要包括以下几方面：（1）对DMA进行初始化；（2）对McBSP进行初始化（3） 对A/D、D/A进行初始化；（4） 编写DMA中断服务程序； 编写快速傅里叶变换（FFT）算法程序，获得输入信号频谱，并对频谱的峰值频率 进行比较实现男女声自动识别； 频率变换算法程序，使用内插或抽取，实现男女生声音的实时变换；4、 设计方案、算法原理说明1、 频谱变换将gBufferRcvPing左声道的512个点（即偶数个点）抽出放在长度为1024的temp的偶数点中，看作复数的实部，在temp的奇数点插0值，看作复数的虚部，temp经过cfft后，得到相应频谱，所得的频谱中心对称，以实部，虚部交替存储。代码如下：for (i = 0; i length/2; i+) temp2*i = inbuf2*i; temp2*i+1=0;cbrev(temp,temp,512); cfft(temp,512,SCALE);2、 男女声自动识别经过多次的实验，我们发现男女声的时域图如下：男声：女声：可见女声在时域上的声波频率高于男声，每个峰值的x坐标的差值也更小，通过多次的测量取值，我们发现以73为分界线最佳：差值73以下的识别为女声，73以上的识别为男声。在这里说明一点，我们的峰值取值是在计算机音量调整到15时，取高于1000的点，并且为了不重复取到这同一个波峰的x坐标，我们规定每取到一个点之后，从此点之后的40个点才开始遍历（依照经验，就算是很尖的女声，两个波峰之间也不会小于40）。取得波峰的x坐标后，我们将其放入一个数组里，对其遍历并求出差值，并对差值求平均数，再将其与之前的73对比：for(i=0;iPEAKLINE) xlabelk=i;k+;i=i+40;for(i=0;ik-1;i+) /计算每个峰值间的横坐标差值 subvalue=xlabeli+1-xlabeli; if(subvalue200) xlabel_legalnum=subvalue; num+; for(i=0;i0) /判断音频是男声还是女声if(aver0) /为女声womanvoice+;times-;if(aver=SEPAPOINT) /为男声manvoice+;times-;同时，我们采取了对比3次1024个点的方法，当3次中有两次识别为同一个声音后，此声音相对应的标志+1，即：if(womanvoice=(TIMES/2+1)womanvoice=0;manvoice=0;times=TIMES;womanflag+; /当womanvoice占优势时，女声标志加一 if(manvoice=(TIMES/2+1)manvoice=0;womanvoice=0;times=TIMES;manflag+; /当manvoice占优势时，男声标志加一另外，为了防止这3次的判断也出现错误，我们还引入了男女声标志：womanflag和manflag，当womanflag大于manflag时，执行模式1（女声变男声），否则执行模式0（男声变女声）。为了能实现男女声切换后的自动识别功能，我们规定当womanflag或manflag到达15后，将其归0，并将先触及15的标志置3，这样既能保证现在的识别不出错，也能在输入男女声变换后快速的进行识别，使相应的语音标志大于之前的标志：if(womanflag15)womanflag=3;manflag=0; /为了复原男女声标志if(manflag15)womanflag=0;manflag=3;3、 男女声变换 将输入的语音信号进行抽样、量化、编码后进行傅里叶变换得到信号的频谱，然后将所得频谱进行适当搬移：男生的频谱往高频搬，女生向低频处搬，将所得到的频谱进行傅里叶反变换得到相应时域信号经滤波后送往D/A转换器输出，即可得到相应的语音变换。如图，男声基频分布为50,180Hz,女生基频分布为160,380Hz。在不断多次的测试中，得到男声变女生搬移30个点（共1024个点），搬移的频率约为30/10248k=234Hz，女声变男声搬移78个点,搬移的频率约为78/10248k=600Hz,对搬移后的频谱进行cifft，再经过滤波器进行滤波，将数据送入D/A转换后输出。代码如下：if(style29;i-) tempi = tempi-30; for(i=0;i30;i+) tempi=0; for (i=length/2;ilength-30;i+) tempi = tempi+30; for(i=length-30;i5)for (i=0;ilength/2-22;i+) tempi = tempi+22; for(i=length/2-22;ilength/2+21;i-) tempi = tempi-22; for(i=length/2;ilength/2+22;i+) tempi=0; cifft(temp,512,NOSCALE);cbrev(temp,temp,512); fir(temp, h, out_buffer, dbptr, 512, 16);其中，滤波器为MATLAB设计的低通滤波器，截频8000Hz正弦波，采样率设为32000Hz。其函数调用格式为：fir (DATA *x, DATA *h, DATA *r, DATA *dbuffer, ushort nx,ushort nh)xnx 表示含有nx个实数的实输入信号向量；hnh 表示含有nh个实数的系数向量，按自然顺序 排列，即滤波器的单位脉冲响应。rnx 表示含有nx个实数的输出向量； 允许原位运算，即r=x。dbuffernh+2 延迟缓冲区。nx 向量x中实数的个数；nh 向量h中系数的个数；男变女：女变男：4、 本实验DMA使用情况数据采集:A/D转换的数据按McBSP1的设置被送到DSP内部接收寄存器DRR11中，再由DMA通道4将DRR11中的数据读到指定数据存储区gBufferRcvPing和gBufferRcvPong中完成数据采集(然后写入寄存器DMACDSAL)。当DMA通道4采集完一组数据后产生一个DMA中断事件中断CPU，来通知CPU对其进行相应的处理，此时DMA通道4可以按照设定继续采集下一组数据，实现了数据采集与CPU处理的并行操作。数据发送: 数据经DSP计算完，存放在指定数据存储区gBufferXmtPing和gBufferXmtPong中，DSP将其中的数据存放到McBSP1的发送寄存器DXR11中，然后通过由DMA通道5将数据发送出去，完成发送。 当DMA通道5采集完一组数据后产生一个DMA中断事件中断CPU，来通知CPU对其进行相应的处理，此时DMA通道5可以按照设定继续发送下一组数据，实现了数据发送与CPU处理的并行操作。5、 程序设计及相关宏定义void change(Int16 *inbuf, Int16 *outbuf, Int16 length)Int16 i = 0; Int16 xlabel100=0; Int16 m=0; Int16 sum=0; Int16 aver=0;/Int16 xlabel100=0; Int16 k=0;Int16 num=0;Int16 xlabel_legal100=0;Int16 result=0;Int16 subvalue=0; DATA *dbptr = &db0; for (i = 0; i length/2; i+) temp2*i = inbuf2*i; temp2*i+1=0;/*音量15（计算机音量）*/for(i=0;iPEAKLINE) xlabelk=i;k+;i=i+40;for(i=0;ik-1;i+) /计算每个峰值间的横坐标差值 subvalue=xlabeli+1-xlabeli; if(subvalue200) xlabel_legalnum=subvalue; num+; for(i=0;i0) /判断音频是男声还是女声if(aver0) /为女声womanvoice+;times-;if(aver=SEPAPOINT) /为男声manvoice+;times-;if(womanvoice=(TIMES/2+1)womanvoice=0;manvoice=0;times=TIMES;womanflag+; /当womanvoice占优势时，女声标志加一 if(manvoice=(TIMES/2+1)manvoice=0;womanvoice=0;times=TIMES;manflag+; /当manvoice占优势时，男声标志加一if(manflag15)womanflag=3;manflag=0; /为了复原男女声标志if(manflag15)womanflag=0;manflag=3;/*音量15*/cfft(temp,512,SCALE);cbrev(temp,temp,512); if(style29;i-) tempi = tempi-30; for(i=0;i30;i+) tempi=0; for (i=length/2;ilength-30;i+) tempi = tempi+30; for(i=length-30;i5)for (i=0;ilength/2-22;i+) tempi = tempi+22; for(i=length/2-22;ilength/2+21;i-) tempi = tempi-22; for(i=length/2;ilength/2+22;i+) tempi=0; cifft(temp,512,NOSCALE);cbrev(temp,temp,512); fir(temp, h, out_buffer, dbptr, 512, 16); for (i = 0; i length/2; i+) inbuf2*i=temp2*i ;for (i = 0; i length; i+) outbufi = inbufi; #d