基于dsp的语音信号编码器 - 图文(7)

(IV)硬件仿真器(Emulator)

硬件仿真器是基于边界扫描的系统仿真技术。它的主机是CP机，将用户开发的目标系统通过月人G接口与主机相连，利用主机端的开发软件对目标系统进行实时的调试和验证。目标板上的DSP本身带有仿真功能，硬件仿真器只是一个控制器，它通过DSP芯片内部的串行扫描路径对处理器进行控制，完成实时的测试。通过刀火G接口，硬件仿真器能观察到DSP器件内的所有存储器和寄存器。

(3) 集成开发环境CCS

以DSP芯片为核心的嵌人式系统的开发，其大量的工作都花费在DSP的软件开发上。因此，开发周期和效率在很大的程度上取决于所使用的开发工具。原来，工程人员所使用的DSP开发工具仅限于代码生成工具和代码调试工具。通常，这些工具都是分开使用的，使得他们之间不能共享数据，而要求开发人员不断地进行切换。在这种情况下，系统的调试相当麻烦，极大地影响了软件开发效率。

TI公司的集成开发环境CCS(code Composer studio)很好地解决了上述问题，大大地提高了DSP的软件开发效率。CCS是一个完整的DSP可视化集成开发环境，包含源代码编辑工具、代码调试工具、可执行代码生成工具和实时分析工具。在CCS环境下，开发人员可以对软件进行编辑、编译、调试、代码性能测试和项目管理等所有的工作，并且它的各部分功能都有了相当程度的提升。因而大大地降低了DPS软件的开发难度，提高了开发效率。此外，它不但支持汇编软件的开发，而且还支持CCI++语言进行软件开发。

CCS不仅仅是代码生成工具和调试工具的简单集成，它具有以下特点: 集成可视化代码编辑界面:可直接编写C、汇编、.H文件和.cmd文件等; 集成代码生成工具:包括汇编器、优化C编译器和连接器等

基本调试工具:如装人执行代码，查看寄存器、存储器、反汇编等，并支持C源代码级调试

探针工具:可用于算法仿真和数据监视等;

断点工具:包括硬件断点、数据空间读泻断点，条件断点等; 分析工具:可用于评估代码执行的时钟;

数据的图形显示工具:可用于观察时域或频域波形; 提供GEL工具:用户可以编写自己的控制面板碟单，方便直观地修改变量等; DSP/BIOS工具:增强了对代码的实时分析能力，可以用来分析代码执行的效率和使用系统资源等，从而减小了开发人员对硬件资源熟悉程度的依赖性。

CCS可以工作在两种模式下，即仿真器模式和硬件调试模式。前者可脱离DPS硬件，在软件环境下模拟DSP程序结构、指令以及工作原理，这主要用于前期算法的实现和调试。而后者则属于在线编程，开发的程序直接依赖于硬件。

2.4 语音的编解码过程

语音的数字化过程是语音传输的基础，是把模拟的语音信号转化为可控制的数字信号的过程．其主要操作是将模拟音频信号每隔一定时间间隔截取一段，并将所截取的信号振幅转换成由一组二进制序列表示的离散序列，即数字音频序列。在这一处理过程中，涉及到对模拟音频信号的采样、量化和编码。

(一)取样过程

模拟音频信号是一个在时间上和幅值上都连续的函数f(f)取样的过程就是在时间上将函数f(1)离散化的过程。一般的取样是按均匀的时间间隔进行的。设这一时间间隔为T，则取样后的信号为f(kt)，k为自然数。根据奈奎斯特定理可知，如果音频信号f(1)是一个限带信号，它的最高频率分量为￡，则当K1，(2￡)时可以从离散的flyn中不失真地恢复出原来的信号f(f)。由于人耳能听到的声音的频率范围大致在20Hz-20kHz，因此声音的质量与音频信号的频谱范围以及采样时间间隔有关。目前常见的音频信号的频率范围大致如下：电话为200Hz-3．4kHz，调幅广播为50Hz～7kHz，调频广播为20Hz～15kHz，高保真音频信号为20Hz～20kHz。因此音频取样频率一般定在8—48kHz范围内。常用的音频取样频率如表所示 取样频率 8 11.05 16 22.05 44.1 48 （KHz） 量化精度 8 8 16 16 16 16 （bit） 数据率 64 88.4 256 352.8 705.6 768 (kb/s) 从表中可以看出，取样频率越高，数字化后的音频质量越高，存储量也越大，所以使用哪种取样频率要兼顾语音质量和信道容量。若系统选用的是成本低廉，应用率广的8051系列单片机作为DSP，由于其主频只有33MHz。考虑到尽量避免数据量过多，采用8kHz取样频率和8bit的量化精度来处理语音数据，这样处理出来的数据的码率为8kHz×8bit=64kbps。若用更高速的单片机、DSP或ARM，可以选用更快取样频率很更高量化精度的语音处理方法。

(二)量化过程

量化过程是将取样值在幅度上再进行离散化处理的过程。所有的取样值可能出现的范围被划分成有限多个小阶距(量化步长)的集合，把凡是落入某个量化阶距内的取样值都赋予相同的值，即量化值。通常这个量化值是用二进制来表示的。如果量化阶距是相同的，或者说是量化值的分布是均匀的，称之为均匀量化，否则称为非均匀量化。

(三)编码过程

模拟音频信号经过取样、量化后，就要进行编码，即用二进制数表示每个取样的量化值。如果取样值既采取均匀量化，又采取自然二进制表示，这种编码方法就是脉冲编码调制PCM(PulseCodeModulation)．PCM是一种最简单、最方便

的编码方法。经过编码后的数字信号就是数字音频信号。由于PCM是一种未经过压缩的数字音频信号，因此常常将它作为与其他编码进行比较的一种参考信号。表示取样值的二进制的位数为量化位数，它反映各取样值的精度，如4位能表示取样值的16个等级，8位能反映256个等级，其精度为音频信号最大振幅的11256。量化位数越多，量化值越接近于取样值，其精度越高，但要求的信息存储量越大。声音信息的通道数值将取样值记录为一组波形(单声道)还是两组波形(双声道)甚至更多组波形(多声道)。取样值存储量可用下式表示： v=f×B×s／8

式中，v为取样值存储量(bifs)，伪取样频率(kHz)，B为量化位数(bit)，s为声道数。

G_711语音压缩国际标准

随着计算机及数字通信系统的发展，数字音频编码技来越得到重视。国际电信联盟(T1ru)组织定义了一系列语缩标准，其中最常用的国际语音压缩标准有：G．711，G．721，G．722，G．728，G．723等。ITU—T于t972年为电话质量模拟语音(带宽3kHz)的语缩制定了G．7l1标准，取样频率为8kHz，码率为64kb／s，使用u律或A律的压码。同时它还规定了U律之间的转换关系，它最常用于数字电话的语音编码中，此可用于可视电话或会议电视的语音编码中，并且是可视电会议电视系统中必备的语音编解码标准。 表列出了G．711语音编码标准及性能参数。 表G．711\语音编码标准及性能参数 标准 编码类型 比特率 MOS 复杂性 时延/ms （kb/s） G.711 PCM 64 4.3 1 0.125 脉冲调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。

第三章 系统设计

3.1 硬件系统设计框图

电源 语音信号采集 信号处理 计算机

语音信号编码缓冲区TLC320AIC23解码缓冲区编解码器HPI编码控制