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| TMS320VC5509在公安数字集群语音处理中的应用 | |||||
作者：61IC 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2006-5-7  |
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摘要：本文介绍了由ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９与音频ＣＯＤＥＣ芯片ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３组成的一个语音处理系统，并结合系统的硬件接口设计，详细阐述了ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９ ＤＳＰ软件设计的方法，以及如何采用ＤＭＡ方式实现快速的数字音频传输。 关键词：ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９ ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３ ＤＭＡ 语音处理 一、芯片简介 ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９是ＴＩ公司推出的一款低功耗高性能的１６位定点数字信号处理器（ＤＳＰ），最高可以运行在１４４ＭＨｚ的主频。它基于ＴＭＳ３２０Ｃ５５ｘ ＤＳＰ的核，达到了Ｃ５４ｘ两倍的周期效率，而功耗则只有Ｃ５４ｘ的１／６。Ｃ５５ｘ ＤＳＰ具有强大的并行特性以及方便用户编程的指令流水线的自动保护机制，保证了指令的高效率执行。Ｃ５５０９采用统一编址的方式来划分存贮空间，程序与数据总线均能对其访问，从而使Ｃ５５０９便于大量数据的处理与程序的优化。Ｃ５５０９具有ＤＭＡ控制器、时钟发生器、定时器、Ｉ２Ｃ总线控制器、ＭｃＢＳＰ串口等丰富的外围设备，片内还集成了１２８Ｋ １６Ｂｉｔｓ的ＳＲＡＭ，并具有ＥＭＩＦ接口，可以与ＳＤＲＡＭ无缝连接，为完成复杂的语音算法提供了可能。 ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３是ＴＩ生产的一款高性能的立体声音频Ｃｏｄｅｃ芯片，片上包含了耳机输出放大器，支持ＭＩＣ和ＬＩＮＥ ＩＮ两种输入方式，且对输入和输出都具有可编程增益调节。ＡＩＣ２３的模数转换（Ａ／Ｄ）和数模转换（Ｄ／Ａ）部件集成在芯片内部，采用了先进的Ｓｉｇｍａ－ｄｅｌｔａ过采样技术，可以在８Ｋ到９６Ｋ的频率范围内提供１６ｂｉｔ、２０ｂｉｔ、２４ｂｉｔ和３２ｂｉｔ的采样，ＡＤＣ和ＤＡＣ的输出信噪比分别可以达到９０ｄＢ和１００ｄＢ。与此同时，ＡＩＣ２３还具有很低的能耗。由于具有上述优点，ＡＩＣ２３可以很好的应用在手持式数字音频播放和录音设备。 结合这两种芯片的优点，可以很方便地设计出一个能够实现数字音频采集、播放和传输功能的语音处理系统。 二、硬件结构介绍 ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３与ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的接口有两个：一个是控制接口，用于设置ＡＩＣ２３的工作参数；另一个是数字音频接口，用于输入／输出ＡＩＣ２３的Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ数据。 ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的控制接口有两种工作方式，分别为：２线制的Ｉ２Ｃ方式以及３线制的ＳＰＩ方式。由于Ｃ５５０９具有Ｉ２Ｃ总线，所以直接使用Ｉ２Ｃ方式来控制ＡＩＣ２３比较方便。这时需要将ＡＩＣ２３的ＭＯＤＥ管脚置低。Ｃ５５０９作为Ｉ２Ｃ总线的主设备，ＡＩＣ２３作为从设备。ＡＩＣ２３的内部有１１个控制寄存器。Ｃ５５０９通过Ｉ２Ｃ总线给ＡＩＣ２３设置好相应的寄存器值，就可以启动ＡＩＣ２３开始正常工作了。 ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的数字音频接口一般可采用ＩＩＳ（一种通用的音频格式）与ＤＳＰ两种模式，这两种工作方式均可以方便的与Ｃ５５０９的ＭｃＢＳＰ串口（Ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ，多通道缓存串口）相连接，区别只在于ＭｃＢＳＰ帧信号的宽度不同。我们采用的是ＤＳＰ模式，此时ＭｃＢＳＰ的接收时钟和ＡＩＣ２３的ＢＣＬＫ都由ＭｃＢＳＰ的发送时钟提供。 ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的主时钟直接由ＤＳＰ时钟产生，ＭＯＤＥ接数字地表示利用Ｉ２Ｃ控制接口来对ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３进行传输控制。ＳＣＬＫ和ＳＤＩＮ是ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３控制端口的移位时钟和数据输入端，它们分别与ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的Ｉ２Ｃ模块端口ＳＣＬ和ＳＤＡ相连。收发时钟信号ＣＬＫＸ０和ＣＬＫＲ０由ＡＩＣ２３的串行数据传输时钟ＢＣＬＫ提供，并由ＴＬＶ３２０ＡＩＣ２３的帧同步信号ＬＲＣＩＮ、ＬＲＣＯＵＴ启动串口数据传输。Ｃ５５０９的ＭｃＢＳＰ０数据发送端ＤＸ０和数据接收端ＤＲ０分别与ＡＩＣ２３的ＤＩＮ和ＤＯＵＴ相连，可完成ＤＳＰ与ＡＩＣ２３之间的数字通信。 三、ＤＳＰ软件设计 本系统的工作流程是：模拟音频从麦克风端（ＭＩＣＩＮ）输入，经过ＡＩＣ２３进行Ａ／Ｄ转换，通过数字音频接口将采样后的数据串行输出到与之相连的Ｃ５５０９ ＤＳＰ，ＤＳＰ对这些数据进行语音编解码、信道编解码等一系列算法处理后，再将处理过的数据通过数字音频接口输入给ＡＩＣ２３，ＡＩＣ２３进行Ｄ／Ａ转换，由耳机端（ＬＨＰＯＵＴ）输出结果。 在进行ＤＳＰ软件编程时，先使用Ｉ２Ｃ总线对ＡＩＣ２３的各个控制寄存器进行配置。Ｉ２Ｃ总线由一条串行数据线ＳＤＡ和一条串行时钟线ＳＣＬ组成，可进行输入输出双向传输。通过Ｉ２Ｃ总线向ＡＩＣ２３写入一个１６ｂｉｔ的数据，高字节中的高７位是控制寄存器的地址，余下的９个ｂｉｔ是要写入的配置值。我们将ＡＩＣ２３设置为８Ｋ采样率，ＭＩＣ输入，ＵＳＢ模式。 由于ＡＩＣ２３采样输出的是串行数据，因此要对ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ串口进行正确的设置。ＭｃＢＳＰ分为数据通道和控制通道两部分。ＤＲ和ＤＸ引脚分别负责数据的收发，发送时钟引脚ＣＬＫＸ、接收时钟引脚ＣＬＫＲ、发送帧同步引脚ＦＳＸ和接收帧同步引脚ＦＳＲ提供串行时钟和控制信号。将ＭｃＢＳＰ串口０设置为禁止回环，并将收发的数据设为１６ｂｉｔ单帧模式，就可以方便地实现与ＡＩＣ２３之间的无缝连接。 接下来介绍一下数字音频接口的软件设计。我们采用了ＤＭＡ方式来实现ＡＩＣ２３与Ｃ５５０９的ＭｃＢＳＰ口的数据交换。ＤＭＡ方式就是无需ＣＰＵ介入，在内部存储器、外部存储器以及芯片外设之间进行数据的传输和搬移，这样可以减少ＣＰＵ占用的时间，保证数据收发处理的实时性。ＤＭＡ具有以下几个特点： 有４个标准端口与ＤＡＲＡＭ、ＳＡＲＡＭ、外部存储器以及外围设备相连； 具有６个通道，允许ＤＭＡ控制器跟踪这６个独立通道的内容； 可以设置每个通道的优先级，每个通道的传输可由选定事件触发； 源地址和目标地址的改变都是可编程的； ＤＭＡ可以独立于ＣＰＵ工作，并且可以在软件控制下配置为ｉｄｌｅ状态。 ＭｃＢＳＰ串口每发送或接收到一个单元，都会自动触发ＤＭＡ将其搬送到一个内部数据缓冲区，当缓冲区收满或发空后，通过中断方式告诉ＣＰＵ进行处理。ＤＭＡ通道一次传输一个数据块，一个数据块由若干帧构成。根据Ｔｅｔｒａ标准，我们将一个数据单元定义为１６ｂｉｔ的一个字，２４０个字构成一帧，一个数据块包含一个单帧。ＡＩＣ２３的采样率为８Ｋ，故一帧的收发时间为３０ｍｓ。因为要进行连续的收发，当一个缓冲区满了（接收）或空了（发送）时要自动切换到下一个缓冲区，因此要将ＤＭＡ控制器设为ＡＢＵ（Ａｕｔｏ Ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ）模式。在这种模式下，ＤＭＡ会在传完一个数据块后，将配置参数从配置寄存器拷到工作寄存器，然后继续传输下一个数据块。 我们可以定义数据缓冲区Ｂｕｆｆｅｒ０和Ｂｕｆｆｅｒ１，长度均为一个帧长。设置一个ＤＭＡ接收通道和一个ＤＭＡ发送通道，并打开Ｃ５５０９的ＭｃＢＳＰ串口０进行音频数据的输入和输出。将ＤＭＡ接收通道的源地址设为ＭｃＢＳＰ串口０的数据发送寄存器１（ＤＸＲ１０），目的地址设为Ｂｕｆｆｅｒ０的首地址。将ＤＭＡ发送通道的源地址设为Ｂｕｆｆｅｒ０的首地址，目的地址设为ＭｃＢＳＰ串口０的数据接收寄存器１（ＤＲＲ１０）。当Ｂｕｆｆｅｒ０满了（接收）或空了（发送）都会给ＣＰＵ发出中断。在接收中断处理程序里，将接收通道的目的地址设为Ｂｕｆｆｅｒ１的首地址。在发送中断处理程序里，将发送通道的源地址设为Ｂｕｆｆｅｒ１的首地址。当Ｂｕｆｆｅｒ１满了（接收）或空了（发送）触发中断后，再将接收通道的目的地址和发送通道的源地址设为Ｂｕｆｆｅｒ０。依此类推，ＤＭＡ控制器在两个缓冲区之间自动进行切换，实现连续的数据传输。 我们根据这一设计思想，已经完成了公安数字集群语音处理系统的ＤＳＰ程序设计，在硬件平台上运行稳定，效果良好。 四、结束语 ＴＭＳ３２０ＶＣ５５ｘ系列ＤＳＰ将丰富的外围设备和高性能低功耗结合在一起，具有极高的性价比，适用于无线通信、便携式、手持式多媒体设备，在媒体娱乐终端、个人识别、保密技术以及数码音像等产品中有着广泛的应用。用Ｃ５５ｘ ＤＳＰ来实现一系列音频、视频、信道的编解码算法，这是我们公安数字集群系统的一个应用发展方向。可以预见，随着ＤＳＰ芯片性价比的不断提高和新的实用ＤＳＰ算法的不断出现，ＤＳＰ系统的应用在深度和广度上会有更大的发展。 |
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