DSP语音压缩、存储和回放

1、DSP课程设计实 验 报 告语音压缩、存储、回放院（系）： 电子信息工程学院设计人员：电子0703 王永刚 学号：电子0703 向书武（外班） 学号：成绩：工程设计50报告20答辩30总分评语：指导教师签字： 日期：2010/1/20目 录一、实验背景与内容3二、设计内容3三、设计方案、算法原理说明4四、程序设计、调试与结果分析5 五、设计（安装）与调试的体会16 六、参考文献16一、实验背景与内容目前语音信号压缩技术发展十分迅速，出现了很多高效率的语音压缩编码方法。以语音信号压缩的国际标准G.729为例，它可将经过采样的64kb/s语音信号高保真地压缩到8kb/s，但其模型编码算法的运算量很

2、大。同时又要求对语音信号进行实时采样实时压缩处理，这样对数据采集和处理系统提出了更高的要求。本实验是使用通用数字信号处理器(DSP)强大的数据处理能力，由于DSP采用内部多总线结构，使数据的存储和指令的执行更加快捷。最重要的一点是，DSP具有快速的指令周期，如TMS320系列己经从第一代的200ns降低到5ns(1600MIPS)以下，如此高的运算速度使其可以满足许多实时处理的需要。语音信号的幅度（发音强度）并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。ITU-T G.711建议的PCM A律

3、和律语音压缩标准可以分别将13比特和14比特压缩为8比特，达到语音压缩的目的。pcm是原始数据原封不动地量化编码（这种量化的位宽大），A律pcm是经过压扩后的非均匀量化（小信号细量化大信号粗量化），U律pcm是经过压扩后的均匀量化（A/U律量化的位宽小）。 所以本实验采用A律的效果应该比较理想。但是也采用了U律进行了对比。二、设计内容l 实验目的、应用DSP算法实现对语音信号的压缩、存储和回放。、熟悉使用C语言编写较复杂的程序； 、熟悉C语言对外设（DSK板或示波器）的访问（软件编程、硬件连接）； 、熟练使用软件CCS5000对程序的完整调试过程。l 实验设计要求使用DSP实现语音压缩和解压缩

4、的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。三、设计方案、算法原理说明语音信号的编码方式一般为PCM( PulCode Modulation)编码。由于需要采集、存储、传输和处理的音频数据量极大，只有进行压缩后才能正常进行传输和存储。目前，用于语音压缩编码的算法有ADPCM,CE LP,RP E-LTP,等。其中最常用的是u/

5、A律压缩解压。u/A 律 压 缩解压编码是国际电报电话协会(CCIT)最早推出的G711语音压缩解压编码的一种格式的主要内容。其中欧洲和中国等国家采用A律压缩解压编码，美国和日本采用u律压缩解压编码。两个算法使用了非线性，把量化间隔变换成人耳能检测的线性空间。A律限制采样值为12+1比特，将压缩后的格式码定义为PSSSQQQQ ,相当于将正负值输入分成8 个区段(07) 。其中P 为符号位,0代表正，1 代表负；SSS 表示3 位高位的区段码；QQQQ表示区段内小格码，区分不同输入的范围值。这种编码方式使压缩、解压缩变得简洁而有效率。表1 为输入值与压缩编码间的关系，其中X 为压缩中舍弃的位，

6、输入值越大，被舍弃的位数就越多，每个输入值有其对应的最高有效位。A 律对数PCM,就是压缩器的压缩特性具有如下关系的压缩率:式中: F(x）为归一化的压缩器输出电压；x 为归一化的压缩器输入电压；A 为压扩参数,表示压缩的程度（在欧洲，A=87.6）。A律13折线由表1 可见,输入值与压缩后的编码值之间的关系如下:a) 输入值的12 位即为符号位P ;b) 将输入值右移6 位后,求得此时最高有效位的值加1 ,即为其对应压缩码的区段码SSS;c) 最高有效位后紧邻的4 位即为其对应压缩码的小格码QQQQ。四、程序设计、调试与结果分析流程图开始初始化Board板成功？调用_led_display(

7、2)使灯都闪两次初始化Codec片选FLASH为外部存储器等待接受Instance处的采样LED灯0亮开始录音采样送voice_sample压缩存储voice_sampleLED灯1熄灭放音结束读取，解压缩并送voice_sample1LED灯1亮开始放音LED灯0熄灭录音结束是否TMS320VC5402 mcbsp的串口的初始化首先将DSP的串口1复位，再对串口1的16个寄存器进行编程，使串口1工作在以下状态：禁止SPI模式，但数据相，每帧一字，每字16位，帧同步脉冲低电平有效，并且帧同步信号和移位信号有外部时钟产生。 hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC)

8、; 此语句调用了函数codec_open()对串口1进行了初步设置，设置成功返回codec的句柄放在变量 hHandset中，作为调用其他函数的实参。AD50的初始化：该初始化过程调用了5个函数对AD50的5项参数进行了设置，包括adc和dac的工作模式，模拟输入和输出的增益；以及AD,DA的转换速率。codec_dac_mode(hHandset, CODEC_DAC_15BIT); /* DAC in 15-bit mode */codec_adc_mode(hHandset, CODEC_ADC_15BIT); /* ADC in 15-bit mode */codec_ain_gain

9、(hHandset, CODEC_AIN_6dB); /* 6dB gain on analog input to ADC */codec_aout_gain(hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB); /* -6dB gain on analog output from DAC */codec_sample_rate(hHandset,SR_16000); /* 16KHz sampling rate */从McBSP的接收通道读取A/D转换的值，然后经过压缩解压后将其发送到McBSP的发送通道，讲解压后的数据将数据写入D/A转换器。程序如下：while (1) /*

10、Wait for sample from handset */ while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC) ;/* Read sample from and write back to handset codec */ data=*(volatile int*)DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC); pre=int2alaw(data); /*or pre=int2ulaw(data);*/ data=alaw2int(pre); /*or data=ulaw2int(pre);*/ *(volatile int*)DXR1_ADDR(HANDSET_COD

11、EC)=data;实验程序l C程序/*/* 头文件 */*/#include #include #include #include /*/* 变量宏定义 */*/#define SIGN_BIT (0x80) /* Sign bit for a A-law byte. */#define QUANT_MASK (0xf) /* Quantization field mask. */#define NSEGS (8) /* Number of A-law segments. */#define SEG_SHIFT (4) /* Left shift for segment number. */

12、#define SEG_MASK (0x70) /* Segment field mask. */*/* 函数声明 */*/void delay(s16 period);void led(s16 cnt);void initcodec(void);void flashenable(void);unsigned char data2alaw(s16 pcm_val);int alaw2data(unsigned char a_val);static int search(int val,short *table,int size);/*/* 全局变量 */*/HANDLE hHandset;s1

13、6 data;s16 data1;u16 i=0;u16 temp1;u16 j=0;u16 k,l=0;u8 temp2;u16 buffer22000;static short seg_end8=0x1F,0x3F,0x7F,0xFF,0x1FF,0x3FF,0x7FF,0xFFF;/*/* 主函数 */*/void main() if (brd_init(100) return; led(2); /闪灯两次 initcodec(); /初始化codec flashenable(); /选择片外FLASH为片外存储器 while (1) while (!MCBSP_RRDY(HANDSET

14、_CODEC) ; /等待接收handset处的采样 if (i=0) brd_led_toggle(BRD_LED0); /点亮二极管0，表示录音开始 data = *(volatile u16*)DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC); /从handset处读取采样 temp1=data2alaw(data); /对采样进行a律压缩 /*/* 把低地址数据放在高八位高地址数据放在低八位 */ /*/ i=i+1; if(i%2=1) bufferj=(temp1=44000) i=0;if(j=22000)j=0;brd_led_toggle(BRD_LED0); /熄灭数码管0

15、 表示录音结束brd_led_toggle(BRD_LED1); /点亮二极管1 表示放音开始 /*/* 放音部分 */*/ for(k=0;k8)&0x0ff;elsetemp2=bufferl&0x0ff;l+;if(l=22000)l=0;data1=alaw2data(temp2); while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC) ; *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) = data1; /*/* 放音结束 */*/if(k=44000) brd_led_toggle(BRD_LED1); /熄灭二极管1 表示放音结束

16、/主程序结束/*/ /* 子函数 */ /*/*延时*/void delay(s16 period) int i, j; for(i=0; iperiod; i+) for(j=0; j1; j+); /*闪灯*/void led(s16 cnt)while ( cnt- )brd_led_toggle(BRD_LED0);delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED1);delay(1000);brd_led_toggle(BRD_LED2);delay(1000);/*初始化codec*/void initcodec(void) /* Open Handset Co

17、dec */ hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC); / Acquire handle to codec /* Set codec parameters */ codec_dac_mode(hHandset, CODEC_DAC_15BIT); / DAC in 15-bit mode codec_adc_mode(hHandset, CODEC_ADC_15BIT); / ADC in 15-bit mode codec_ain_gain(hHandset, CODEC_AIN_6dB); / 6dB gain on analog input to ADC

18、 codec_aout_gain(hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB); / -6dB gain on analog output from DAC codec_sample_rate(hHandset,SR_8000); / 8KHz sampling rate /*设置flash*/void flashenable(void)CPLD_CTRL2_REG|=0x0010;CPLD_DMCTRL_REG|=0x0040;/*a律压缩*/unsigned char data2alaw(s16 pcm_val) Int mask;Int seg;unsigned cha

19、r aval;if (pcm_val = 0) mask = 0xD5; / 标记 (7th) bit = 1 else mask = 0x55; / 标记 bit = 0 pcm_val = -pcm_val;/ Convert the scaled magnitude to segment number. seg = search(pcm_val, seg_end, 8); / Combine the sign, segment, and quantization bits. if (seg = 8) / out of range, 返回最大数. return (0x7F mask);el

20、se aval = seg SEG_SHIFT;if (seg 1) & QUANT_MASK;elseaval |= (pcm_val seg) & QUANT_MASK;return (aval mask);/*alaw的子程序*/static int search(int val,short *table,int size)Int i;for (i = 0; i size; i+) if (val = *table+)return (i);return (size);/*a律解压*/int alaw2data(unsigned char a_val)Int t;Int seg;a_val

21、 = 0x55; t = (a_val & QUANT_MASK) SEG_SHIFT;if(seg=0) t += 8;t=(t3);if(seg0) t +=0x108;t=(t(4-seg);if(seg3)t+=0x108;t=(t PRAM PAGE 0 .text PRAM PAGE 0 .vectors VECS PAGE 0 init_var PRAM PAGE 0 detect PRAM PAGE 0 vrcprg PRAM PAGE 0 matprg PRAM PAGE 0 .stack STACK PAGE 1 .trap SCRATCH PAGE 1 .const EX

22、RAM PAGE 1 .data EXRAM PAGE 1 .bss EXRAM PAGE 1 .cio EXRAM PAGE 1 .switch EXRAM PAGE 1 tables EXRAM PAGE 1 var EXRAM PAGE 1 svctab EXRAM PAGE 1 /* SS_V LSP table */ vctab EXRAM PAGE 1 /* V LSP table */ uvctab EXRAM PAGE 1 /* UV LSP table */ cuvtab EXRAM PAGE 1 /* Stochastic codebook */ cdbktab EXRAM

23、 PAGE 1 /* various codebook tables*/ logtab EXRAM PAGE 1 /* table for log2 */ powtab EXRAM PAGE 1 /* table for pow2 */ hamtab EXRAM PAGE 1 /* table for hamming */ lgwtab EXRAM PAGE 1 /* table for lag window */ acostab EXRAM PAGE 1 /* table for arccos */ sqrtab EXRAM PAGE 1 /* table for square root */ acbtab EXRAM PAGE 1 /* table for thresholds in acb */ pm03tab EXRAM PAGE 1 /* table for x(-0.3) computation */ costab EXRAM PAGE 1 /* table for cosine */ V23 INRAM PAGE 1 FSK INRAM PAGE 1 hpibuff0 HPRAM0 PAGE 1 hpibuff1 HPRAM1 PAGE 1 hpibuff2 HP