基于DSP的语音采集与回音效果的系统实现

引言
　　数字技术的应用几乎已经渗透到现代科技的每一个角落，而数字音频技术则是应用最广泛的领域之一。现在大量的数字音频设备已相当成熟，利用软件在已有的硬件平台上实现不同的功能已成为一种趋势，软件编程的灵活性给很多设备增加不同的功能提供了方便。和其它数字系统一样，DSP系统具有许多模拟系统所不具备的优点，如灵活、可编程，支持时分复用，易于模块化设计，可重复使用，可靠性高等。随着DSP技术的发展，以DSP为内核的设备越来越多。基于DSP技术的开发应用正在成为数字时代应用技术领域的潮流。

　　在实际生活中，当声源遇到物体时一般会发生反射，反射的声波和声源声波一起传输，听者会发现反射声波部分比声源声波慢一些从而形成回音。而现在，在已知一个数字音源后，也可以利用计算机，以数字方式通过计算来模拟回声效应。简单地讲。就是在原声音流中叠加延迟一段时间后的声流来实现回音效果。如此产生的回音，我们称之为数字回音。

1 主要器件介绍

　　本设计选用的TLV320AIC23是TI公司生产的一款高性能的多媒体数字语音编解码器，它的内部ADC和DAC转换模块带有完整的数字滤波器，其数据传输宽度可以是16位、20位、24位和32位，采样频率范围为8～96 kHz，并可通过控制接口来编辑该器件的控制寄存器，同时可支持SPI和I2C两种控制模式。TLV320AIC23的控制模式由MODEM管脚决定，本系统选用I2C模式。

　　TMS320VC5509A是TI公司C5000 DSP系列中的新一代产品。该DSP对C54X有很好的继承性。并与C54x源代码兼容，从而有效地保护用户在软件上的投资。TMS320VC5509A功耗低、成本低，并可在有限的功率条件下保持最好的性能。

2 系统方案设计

2.1 系统工作原理

　　该回音系统中的I2C接口模块由串行数据SDA和串行时钟SCL组成，SDA和SCL均为双向接口。连接在同一总线上的I2C设备可以工作在多主线工作模式下。包括TMS320C55x DSP在内的每个I2C设备都有唯一的设备地址可供软件寻址。其中，主设备用于发送时钟并启动数据传输，被主设备寻址的则为从设备。这些设备根据各自的功能，既可以作为发送器，也可以作为接收器。

　　当系统进行初始化配置时，DSP通过I2C总线将配置命令发送到TLV320AIC23，并在配置完成后TLVAIC23开始工作。

　　对于DSP的多通道缓冲串口(MCBSP)设置，由于TLV320AIC23采样输出的是串行数据，因此，需要协调好与之相配的DSP的串行传输协议。因而必须对DSP的串口进行正确设置。MCBSP串口一般可通过六个引脚让数据通路和控制通路与外部设备相连。数据经MCBSP串口与外没的通信一般通过DR和DX脚来传输，控制同步信号则由CLKX、CLKR、FSX、FSR等四引脚来完成。由于MCBSP串口的数据线DR和DX带有缓存寄存器，而帧同步信号FSX、FSR以及时钟信号CLKX、CLKR都具有可编程性，因此，它与TLV320A-IC23之间的接口设计非常灵活。从这些特点可以看到：将MCBSP串口设置为SPI模式，并使串口的接收器和发送器同步，然后由TLV320AIC23的帧同步信号LRCIN、LRCOUT启动串口传输，同时将发送接收的数据字长设定为32 Bit (左声道16Bit，右声道16 Bit)单帧模式，就可以方便地实现与TLV320AIC23之间的无缝连接。

　　输入语音信号时，TLV320AIC23先通过其中的AD转换采集输入的语音信号，每采集完一个信号便将数据发送到DSP的McBSP接口上，以便DSP可以读取语音数据。每个数据均为16位无符号整数，左右通道各有一个数值。

　　语音信号输出时，可由DSP将语音数据通过McBSP接口发送给TLV320AIC23，再由TLV320AIC23的DA器件将他们变成模拟信号输出。

2.2 硬件电路设计

　　TLV320AIC23能在数字和模拟电压下工作，并可与TMS320C55x DSP的I／O电压兼容，因而能够实现与C55x DSP的McBsP (多通道缓冲串口)端口的无缝连接，以使系统设计更加简单。

　　系统中，TLV320AIC23的主时钟11.2896MHz直接南DSP时钟产生，MODE接数字地表示利用I2C控制接口来对TLV320AIC23数据进行传输控制。SCLK和SDIN是TLV320AIC23控制端口的移位时钟和数据输入端，它们将分别与TMS320VC5509的I2C模块端口SCL和SDA相连。TMS320VC5509A的MCBSP0应工作在SPI模式下，这样可使MCBSP0的接收器和发送器同步。收发时钟信号CLKX0和CLKR0由TLV320AIC23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，DX0和DR0分别与TLV320AIC23的DIN和DOUT相连，可用于完成DSP与TLV320AIC123之间的数字通信。

2.3 软件设计

　　本系统的软件主要由程序和数字回音处理程序两部分组成。其中主程序主要完成系统的初始化，如EMIF(外部存储器接口)、CPU频率、TLV320AIC23的初始化等，结束之后，再循环调用数字回音模块；数字回音模块主要用于初始化语音缓冲区和工作变量、读取语音数据并保存，然后根据延迟参数读回保存数据，并根据音效参数与当前声音混响把最后的语音数据输出到McBSP0。

在对TLV320AIC23寄存器进行写操作时，应注意：

　　(1)在写过一次I2C地址后，只能对一个寄存器进行写操作，而不能一次性对所有寄存器进行写操作。也就是说，在写每个寄存器之前都要按部就班的写一遍I2C地址。

　　(2)I2C模式下，数据是分为三个8 Bit写入的，而TLV320AIC23有7位地址和9位数据，也就是说，需要把数据项上面的最高位补充到第二个8Bit中的最后一位。

　　(3)存对控制寄存器编程时，对应于每一次工作状态的改变，不能仅仅修改某个寄存器的值，而要对这十个寄存器都重新写入一遍，否则，系统将无法正常工作，而且应首先写0到初始化寄存器以启动初始化，同时还应埘所有寄存器进行复位处理。

2.4 系统效果的实现

　　编程过程中，在选择需要制作数字回音时，同时可选择设置两个参数delay和effect。这样，在产生回音时，就可分别调整这两个参数，从而调整和控制回音的延时及响度。系统工作时，假如话筒里有声音输入，我们可以在听筒里听到两个声音，其中一个是原声，而另一个就是制作的数字回音，数字回音的延时及强弱可由参数delay和effect决定。

　　如有必要，还可通过适当的程序设计，以在这个系统的基础上实现二重回音、三重回音等，也可以模拟真实场景里的多重回音效果。

3 结束语

　　20世纪90年代以后，DSP芯片的发展突飞猛进。其功能日益强大，性价比也不断上升，开发手段不断改进。DSP芯片已成为集成电路中发展最快的电子产品。DSP芯片迅速成为众多电子产品的核心器件，而DSP系统也被广泛地应用于当今技术革命的各个领域，可以说，基于DSP技术的开发应用正在成为数字时代应用技术领域的一种潮流，本系统只是DSP系统应用的一个实例。