低功耗通用語音處理平臺的設計實現

摘 要： 介紹了基于TMS3.0VC5510A實現的低功耗通用語音處理平臺的方案，并且在其上實現了多種語音壓縮算法以及基于算法的自適應功耗控制，較好地達到了低功耗的要求。

語音信號處理在通信領域得到了廣泛的應用，語音傳輸的數字化是全數字化移動通信系統中的重要環節。高質量、低速率的話音編碼技術與高效率的數字調制技術結合，為現代移動通信提供了優于模擬移動通信的系統容量、通信質量和頻譜利用率。現代移動通信的發展也對系統的功耗提出了較高的要求，因此低功耗、高性能的DSP已經越來越廣泛地被應用于各個領域。本文介紹采用美國德州儀器公司(TI)最新開發出來的TMS320VC5510A，利用其數據處理能力及低功耗特性，并且結合MSP430F149增加了系統的控制能力，進行各種語音算法的實時實現，對于實際開發語音處理系統具有重要的參考價值，并且該平臺已經應用于實際產品中。

1 語音處理系統組成及其原理

1.1 語音處理系統的組成

語音算法多種多樣，要求語音處理系統的前端提供符合算法精度要求的數字采樣信號，因此要求前端的A/D、D/A具有較高的采樣率和采樣精度。語音處理系統還有實時性的要求，在一些應用中還要求語音編解碼算法、加解密算法、信道編解碼算法甚至調制、解調算法都在同一塊芯片中實現，因此要求系統的數據處理能力強，存儲空間大。在通常的DSP應用系統中，DSP加上存儲器、 A/D、D/A和外設接口就可以實現。但是越來越多的場合要求系統完成與外部系統的通信和控制，例如人機接口、信道傳輸設備等控制功能。這些均可以采用 MCU＋DSP的結構，以彌補單一DSP系統控制能力差的不足。經過仔細選擇比較，最終的語音處理系統的硬件結構設計如圖1所示。

語音處理系統框圖

圖1 語音處理系統框圖

1.2 語音處理系統原理

如圖1所示，模擬話音經過功放構成的帶通濾波器，通過TLV320AIC10的模/數轉換器（ADC）轉換成8 000Hz的數字信號，該采樣信號的精度為16位，對輸入模擬信號的幅度要求為-3.3～3.3V。數字化的語音信號通過同步串口（McBSP）傳送到DSP(TMS320VC5510A)內部緩沖區，送入編碼器進行編碼，得到的數據流通過同步串口（McBSP）及信道接口傳給終端，經過信道編碼后傳輸。從信道收到的碼流經過終端解碼通過同步串口（McBSP）傳給DSP內部的緩沖區，送入解碼器進行解碼，得到的數字化語音再通過同步串口（McBSP）傳給TLV320AIC10的模/數轉換器（ADC），轉換成模擬信號輸出。為了增強該硬件平臺的控制能力，DSP（TMS320VC5510A）通過主機接口（HPI）與MCU(MSP430F149)進行通信。并且增加了存儲器Flash(SST39VF800A)，以保證可以進行脫機運行。

2 系統具體實現

2.1 主要芯片選擇及簡介

該平臺采用的TLV320AIC10是德州儀器公司推出的一款通用型低功耗16位A/D、D/A音頻接口芯片，適用于語音以及寬帶音頻處理；其數字接口采用同步串口方式，可以非常方便地與DSP的同步串口(McBSP)相連，其中SCLK提供位時鐘信號，FS提供幀同步信號，DIN為串行數據輸入，DOUT為串行數據輸出。TLV320AIC10與DSP的串口連接方式如圖2所示。其中TLV320AIC10工作在主模式（Master Mode）下，DSP的同步串口（McBSP）工作在從模式(Slave Mode)下。同步串口的時鐘由TLV320AIC10的SCLK提供，為2.048MHz。

TLV320AIC10 與TMS320VC5510A 連接示意圖

圖2 TLV320AIC10 與TMS320VC5510A 連接示意圖