基于DSP的长时间语音信号采集与存储系统设计(2)
1.2 课题意义 … 2
1.3 论文章节安排 … 2
2 系统整体架构设计 4
2.1 系统总体架构 … 4
2.1.1 系统总体设计目标 … 4
2.1.2 TMS320C6713 芯片 5
2.2 语音采集模块设计 … 6
2.2.1 语音采集系统设计目标 … 6
2.2.2 语音采集模块芯片选择 6
2.3 语音传输模块设计 … 7
2.3.1 语音传输模块设计目标… 7
2.3.2 通用串行总线 USB 概述 7
2.3.3 语音传输模块芯片选择 … 8
3 系统硬件设计 9
3.1 语音信号采集模块 … 9
3.2 语音信号传输模块 11
3.2.1 USB初始化和枚举 12
3.2.2 USB 编程总述 13
3.2.3 USB传输模式 14
3.2.4 USB传输速率 15
3.2.5 USB传输内容 16
4 系统软件设计 … 17
4.1 MFC 应用程序设计 17
4.1.1 MFC 应用程序简述 … 17
4.1.2 MFC 应用程序测试 … 18
4.2 MATLAB 程序 20
5 系统集成测试 21
5.1 AD 采样 … 21
5.2 USB 传输 23
5.2.1 USB 枚举设置 23
5.2.2 USB 工作模式 25
5.2.3 USB BULK 读数据 25
5.2.4 USB BULK 写数据 25
5.3 标准信号源测试 … 26
结论 … 30
致谢 … 32
参考文献33
1 引言 1.1 课题背景阐述 声音是以空气为介质传播的连续波，音调的大小反映出声音频率的大小。声音响度的强弱反映出声波幅度的高低，而根据声音所在频率的范围不同，音频可以分为： （1） 亚音，声音频率在小于20KHz的范围内； （2） 音频，声音频率在 20Hz~20KHz的范围内； （3） 超音频，声音频率在超过20KHz的范围内。 多媒体信息中的一个重要组成部分就是音频。音频信号的采集与处理已经广泛应用于我们的日常生活中和各种各样的工业生产领域中，如材料无损检测、语音识别、噪声抑制等工程领域。音频信号广泛存在并具有实时性，精确性等优点。因此，对于分析处理采集的音频信号技术和方法的探讨具有重要而深远的意义。 人类最有效、最常用、最重要和最便捷的交换信息的形式就是通过语音来传递信息。声音是人类常用的工具，语言是人类持有的功能，是相互传递信息的最主要的手段，因此，语音信号是人们构成感情交流和思想疏通的最重要的途径。并且，语言和语音与人的智力活动密切相关，与社会文化的进步紧密相连，与工业的领域的不断创新进步相促进[1]。从这方面来看，语音具有最高的智能水平和最大的信息容量。 目前处于信息化时代的人类本身用各种现代化的技术方法研究语音信号的产生，传输，存储，获取以及应用。这不论是对于人类本身还是社会的进步发展都具有长足而深远的意义。而现今科学技术的不断发展也使的语音信号的处理得到了长足的发展，但是随着数据的不断增大，语音信号长度的不断延展，长时间语音信号的处理也显得日益重要，长时间语音信号采集与存储就是要在加大时间长度的基础上实现实时性，精确性和可靠性。 人类自计算机诞生以来最迫切的想法就是让计算机听懂人类的语言。随着计算环境的日趋复杂化，计算机的便捷化，人们越来越想要要求摆脱键盘的束缚转而用语音输入这样便于使用的、人性化的、自然的输入方式取代。语音信号作为高科技应用领域的研究热点，采集与分析从理论的研究到产品的开发已经发展了十几个年头并且取得了重要的进步。它正在直接与交通、办公、旅游、商业、公安等行业的语音咨询与管理相融合。显而易见，语音信号采集与分析的研究将是一项极具市场价值、挑战性、创新性的工作。我们今天进行这一领域的研究与开拓创新就是要让长时间语音信号处理技术走人到人们的日常生活和工业生产领域当中，并不断朝更高目标迈进。 1.2 课题意义 语音信号采集与存储分析长期地吸引广大科研学者去不断地对其进行研究和探讨，除了它的实用性之外，还有一个重要因素为语音信号采集与分析技术始终是与时俱进的，特别是与当时信息科学发展中最积极活跃的前沿性学科保持密切联系，共同进步。语音信号采集与分析是以语音语言学和数字信号处理为基础、涉及面很广的综合性交叉学科，紧密联系着生理学、心理学、计算机科学、通信与信息科学以及模式识别和人工智能等学科，数字信号处理技术发展的重要推动力量之一就是语音信号处理技术的发展，许多方向处理新方法的产生和提出，都是现在语音信号处理中出现并发展以后向其他领域推广扩散的[2]。 长时间语音信号采集与存储是现今需要突破的一大技术。随着语音信号采集与存储分析技术的不断提升，对语音信号处理的速度以及数据的大小都产生了更高的要求。现代芯片的越来越集成化发展，数据的不断变大，长时间语音信号采集与存储更值得我们的思考和研究。 1.3 论文章节安排 本课题是数字信号处理技术（DSP）的典型开发与应用，要求能够利用 USB2.0 传输技术，将采集的数字语音信号实时传输至计算机，实现长时间高性能的语音信号采集与存储。经过DSP 处理器进行数字信号处理算法，将算法处理后的数据通过 USB2.0 传输至计算机进行存储和现实，实现数据存储，显示和分析的目的。 本文通过近几年来基于DSP的语音信号采集和处理系统广泛采用的硬件和软件架构的分析和研究，在总结和借鉴前人的基础上，主要完成了以下的几项研究工作： （1） 阅读大量的国内外的文献，思考各种文献中关于语音信号采集和存储系统的构建，关于 USB2.0 传输的实现，加以分析和整理前人资料采用以 DSP 芯片作为核心处理器，提出了一套关于长时间语音信号采集和存储系统方案设计。 （2） 熟悉 TI 系列 DSP TMS320C6713 芯片以及开发环境，掌握 DSP 开发流程，利用DSP控制CYCY7C68001芯片，完成芯片的配置和传输的控制，实现与计算机USB接口的高速数据双向传输； （3） 熟悉音频信号采集芯片 TLV320AIC23B，能够利用 DSP 对其进行模式配置，采集并保存数字语音信号。 （4） 熟悉USB2.0工作协议，掌握 CYPRESS 公司SX2系列CY7C68001 芯片的工作原理及开发方式，熟悉计算机端 USB开发工具。 （5） 编写 DSP 程序，控制音频信号采集芯片以及 USB 传输芯片，实现语音信号的实时采集、传输以及存储，将数字音频信号存储到计算机上。通过实际性能测试，采取合适的USB传输模式进行语音信号的实时无误的存储至计算机。 论文的结构安排和各章节的主要内容简要叙述如下： 第一部分，引言部分，简介了课题的研究背景，课题的实际意义，论文的主要任务框架和各部分安排。 第二部分，系统整体方案架构分析，主要介绍了系统的主体方案设计和思想，课题所用到的芯片介绍以及根据模块化的思想详细分了各个模块。 第三部分，系统硬件方案设计，本文将该系统的论述，分为了硬件部分和软件部分，这部分内容主要叙述课题硬件部分实现的具体过程。 第四部分，系统软件方案设计，这部分内容主要叙述课题软件部分实现的具体过程。 第五部分，系统功能实现，这部分主要仿真了各个模块的具体功能实现以及总体系统的功能仿真实现。 结论部分立足于全文总结了系统设计功能实现的各个方面，并且阐述了系统的提高方面和改进措施。