文献综述报告

一、意义

语音是人类相互之间进行交流使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息载体。随着信息技术的高速发展，人们对语音通信提出了更高的要求，不但要求语音通信具有更好的实时性，还要求语音信号有更高的清晰度。所以现在语音信号处理是信息高速公路多媒体技术办公自动化现代通信及智能系统等新兴领域应用的核心技术之一。通常这些信号处理的过程要满足实时且快速高效的要求，而更高性能的电子元器件和理论算法的出现，为提高语音通信中语音信号的质量和处理速度提供了技术支撑。在现实的语音通信中会不可避免的受到来自环境中的背景噪声影响，这会导致通信质量严重下降，甚至听不清楚通话内容，因此对带噪语音信号进行降噪已经成为语音通信中的一个非常迫切的课题。且在现代音频信号处理领域，通常都需要采集大量的数据进行实时分析，这就要求我们使用计算能力非常强大的微处理器对其进行处理，而且随着DSP技术的发展，以DSP为内核的设备越来越多，为语音信号的处理提供了良好的平台。在这些背景下，我查阅了大量的学术期刊和学位论文，可以采用具有实时处理能力的DSPTMS320VC5509进行处理，通过VC5509与音频编解码器TLV320AIC23进行音频采集与回放，利用fir滤波器滤除带外噪声。滤除音频信号中噪声的实现，会使通信质量大大提高，这在我们的现实生活中具有重大的意义。

二、发展状况

2.1目前音频信号处理的方法

通常语音信号处理的过程需要满足实时且高效的要求，而DSP技术的发展为语音信号的处理提供了良好的平台。目前大多数的语音处理系统大部分是采用TMS320VC5509作为主处理器，TLV320AIC23作为音频芯片，并且通过芯片VC5509的McBSP配置使AIC23正常工作，音频信号从AIC23输入，经过芯片AIC23内部的A/D变换，将数字量输入VC5509进行数据处理（滤波等），将处理后的数字信号亮输入到AIC23，经过D/A变换，输出音频信号，由此实现了音频信号的采集和回放。

2.2TMS320VC5509和TLV320AIC23简介

TMS320VC5509是美国TI公司推出的一款高性能的定点DSP芯片，最高可以运行在144MHz的主频，它是基于TMS320C55xDSP的内核，因而具有高效且低功耗的特点，非常适合便携式设备的使用。TMS320VC5509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进行访问，从而达到了使TMS320VC5509便于大量数据的处理与程序的优化。TMS320VC5509片内集成128K16Bits的SRAM，并具有外部存储器接口(EMIF)，可以与静态随机存储器(SRAM)只读存储器(ROM)闪存存储器(FLASH)同步突发静态存储器(SBSRAM)和同步动态存储器(SDRAM)等器件进行无缝连接。而且，于此同时，TMS320VC5509具有丰富的片内外设。例如:1个I2C总线接口3个多通道缓冲串口(McBSP)DMA控制器及DMA总线等，这些特点使得设计出来的系统具有很高的性能。

TLV320AIC23是TI公司生产的一种高性能立体声音频编解码芯片，对输入和输出信号具有可编程增益调节功能。TLV320AIC23的模数转换(ADC)和数模转换(DAC)部件集成在芯片内部，采用了先进的Σ－Δ过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit20bit24bit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，TLV320AIC23还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下小于15μw。因此，TLV320AIC23是一款非常理想的语音信号处理器件．

2.3音频信号降噪声的发展状况

音频信号在我们社会生活中是不可缺少的，随着科技的发展，各种通讯工具的兴起，人们即使相距很远，也能通过手机、视频聊天、语音聊天等工具进行交流。这时若音频信号中含有较多的噪声，这会使得通信质量严重下降，甚至于听不清楚别人说话的内容，这将对我们的生活造成很大的不便，所以对语音信号进行去噪声处理是现代音频信号处理领域中很重要的一件事。目前降噪声法具有代表性的有自相关算法、自适应噪声滤波法、短时谱幅度估计法、谱相减算法、小波变换等。谱相减算法因为具有运算量小、容易实时实现、增强效果好等特点，是目前在降噪系统中最常用的算法之一。

谱相减算法的基本原理是在频域将噪声的频谱分量从带语音信号的频谱中减去。谱减的提出前提是假设语音信号与加性噪声相互独立，它假设噪声是统计平稳的，所以当两者不相互独立时，使用这种算法将不能正确的滤除噪声，除此之外我们还可以采用滤波器滤除噪声。

人的发音器官声音频段约是(80～3400)Hz,而在(300～3000)Hz范围内的信号，通常包含与人类语音相关的频率，传统的电话信道带宽为大概(300～3400)Hz，称为话音频带信道。因此，经过(300～3000)Hz的带通滤波器后的语音信号将会更加有利于在信道中传输。可以采用窗函数法设计FIR滤波器。而在设计滤波器时，通常采用MATLAB来进行辅助设计和仿真。

三、方案思路

因此在我设计的系统中，TLV320AIC23通过话筒接收模拟语音信号的输入，在TLV320AIC23内部实现语音信号的A/D变换和编码，然后存储到DSP内部的RAM中，以便DSP进行相关处理．当DSP完成对语音信号的处理（滤波等）后，TLV320AIC23再把语音信号进行解码和D/A变换，最后送给扬声器实现语音信号的输出。

3.1硬件实现

3.1.1总体实现框图

其中，音频编解码芯片使用TLV320AIC23。

3.1.2VC5509和TLV320AIC23硬件电路的实现

VC5509和AIC23的硬件接口的设计主要包括两部分：语音信号传输通道的设计和工作参数配置通道的设置。

1）TMS320VC5509和TLV320AIC23之间语音信号传输通道的设计

语音信号传输通道的硬件连接为:McBSP的数据收发端DR和DX分别可以与TLV320AIC23的DOUT和DIN相连，TMS320VC5509与TLV320AIC23之间的语音信号传输。McBSP的帧同步信号FSX和FSR分别与TLV320AIC23的帧同步信号LRCIN和LRCOUT相连接。TLV320AIC23的帧同步LRCINLRCOUT启动串口数据的传输，在LRCIN或LRCOUT的下降沿开始数据的传输。

2）TMS320VC5509对TLV320AIC23进行工作参数配置的通道设计

选择使用TMS320VC5509的片内外设I2C模块来配置TLV320AIC23的工作参数。通过往TLV320AIC23的内部寄存器写入控制字，即可按需求重新设置TLV320AIC23的工作状态。工作参数配置通道的硬件连接 可以修改并设置 为：TLV320AIC23控制端口的移位时钟SCLK和数据输入端SDIN，他们分别与TMS320VC5509的I2C模块端口SCL和SDA相连，收发时钟信号CLKX和CLKR由TLV320AIC23的串行数据输入时钟BCLK提供。

3.2软件实现

程序流程图

由流程图可知，程序必须包含以下几部分：

1）DSP初始化。对DSP的寄存器、McBSP、I2C进行初始化。

2）AIC23初始化。

3）设置DSP的中断，并开辟数据缓存区。采用DMA方式来实现AIC23可以与5509DSP的MCBSP之间的数据交换。MCBSP口每接收到一次数据采集便会向DMA发送一个触发事件DMA将数据搬移到指定的数据缓冲区中存储起来，当接收到一定数量的数据后DMA向CPU发出中断请求，等待进一步的处理如滤波D/A转换等。

4）语音数据处理。本系统采用FIR滤波，其滤波参数可辅助MATALAB软件来确定。

四、文献综述的目录

[1]贾亮，危国腾，赵鹏飞．基于VC5509McBSP的语音数据采集及FIR滤波:2009.

[2]雷宏江，程方，明艳.一种基于TMS320VC5509的音频采集与回访系统：2007

[3]王军敏，薛亚许.基于TMS320VC5509和TLV320AIC23的语音通信系统设计：2010

[4]华晶，殷华，贾晶.基于DSP的通用语音信号处理系统的设计：2010