DSP语音压缩存储和回放报告.docx
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DSP语音压缩存储和回放报告
数字信号处理（DSP）
综合设计性实验报告
题目：
语音压缩、存储与回放
学院：
班级：
一.实验目的
1.掌握利用DSP进行信号采集的方法，掌握利用DSP进行语音信号的压缩和解压方法，以及语音信号的回放方法。
2.学会A/D、D/A的工作原理和使用，学会A/D、D/A转换器的编程方法。
3.以语音信号处理为依托，深入理解信号的抽样和重建的基本方法，提高学生系统地思考问题和解决实际问题的能力。
4.通过调用DSPCSL库对McBSP接口进行编程，学会DSP片上外设的使用方法。
二.实验内容
1.基本部分
（1）使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。
（2）设置A/D的采样率为32KHz，从Line-in或MIC输入口实时采集语音信号，利用McBSP1接收寄存器将外部语音数据接收到DSP中，接收1s数据。
（3）采用适当的语音压缩算法，将接收到的数据进行压缩。
也可以将接收到的数据直接压缩后存储。
（4）对上述已压缩数据进行解压。
（5）将解压后的数据经Headphone端口输出，利用耳机试听。
（6）使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。
2.发挥部分
（1）至少使用2种算法进行语音的压缩、存储和解压缩，比较它们之间的优缺点。
（2）将A/D采样率和D/A的转换率设置为不同频率，对比输出的语音信号，发现不同并解释原因。
三.实验原理
1.语音编码
（1）概念
语音编码一般分为两类：
一类是波形编码，一类是被称为“声码器技术”的编码。
PCM编码即脉冲编码调制。
波形编码的最简单形式就是脉冲编码调制（Pulsecodemodulation），这种方式将语音变换成与其幅度成正比的二进制序列，而二进制数值往往采用脉冲表示，并用脉冲对采样幅度进行编码，所以叫做脉冲编码调制。
脉冲编码调制没有考虑语音的性质，所以信号没有得到压缩。
（2）量化
脉冲编码调制用同等的量化级数进行量化，即采用均匀量化，而均匀量化是基本的量化方式。
但是均匀量化有缺点，在信号动态范围较大而方差较小的时候，其信噪比会下降。
国际上有两种非均匀量化的方法：
A律和μ律，μ律是最常用的一种。
在美国，7位μ律是长途电话质量的标准，而我国采用的是A律压缩，而且有标准的A律PCM编码芯片。
2.当前压缩算法及压缩技术介绍
（1）压缩算法介绍
用途
抽样频率（kHz）
压缩标准或系统
压缩技术
码率（kbit/s）
长途电话
8
G.711
G.726
G.728
PCM
ADPCM
LD-CELP
64
40/32/24/16
16
移动电话
8
GSM
IS54/IS95
G.729
RPE/LTP
VSELP/QSELP
CS-ACELP
13.2
16/8/4/2/1
8
ISDN,会议电视
1
G.722
SB-ADPCM
64/56/48
VCD
32/48
ISO/IEC10149
MPEG1
192/128/96
表1压缩算法介绍
（2）压缩技术介绍
a.波形编码：
直接对语音时域或频域波形样值进行编码。
如PCM，ADPCM.
b.参数编码：
对人类语音的生成模型的参数进行编码。
c.混合编码：
结合波形编码和参数编码。
MPLPC，RPE/LTP，CELP，VSELP
d.可变速率编码：
G.727嵌入式编码
e.无失真编码:
霍夫曼编码
f.ADPCM工作原理
h.自适应地改变量化幅值
i.确定好量化幅度的最大值和最小值
3.语音的A律压缩与解压
统计表明对于语音信号来说，语音中小幅度成分出现的概率要比大幅度多得多，为了在语音信号的整个动态范围内都可以接受低电平信号，量化电平必须照顾到语音的低电平信号，极低电平的量化间隔要小，高电平的量化间隔要大。
两个标准的压缩算法扩展特性曲线称为u律和A律，使CCITT提出的G.711协议PCM编码方式的一部分。
北美和日本使用u律，欧洲使用A律，两个算法使用了非线性，把量化间隔变换成人耳能检测的线性空间。
A律和μ律语音压缩标准可以分别将13比特和14比特压缩为8比特，达到语音压缩的目的。
A律限制采样值为12比特（除去符号位），A律的压缩可以按照下列公式进行定义：
式中，A是压缩参数（在欧洲，A=87.6）x是需要压缩的归一化整数。
从线性到A律的压缩转换如下表所示：
压缩后的码字组成：
比特0-3表矢量化值，比特4-6表示段值，压缩后的码字符号放在比特7，为了简化未写出。
压缩前的码字
丢弃的比特数
压缩后的码字
输入值
段值量化值
比特：
11109876543210
比特：
6543210
0000000abcdx
1
000abcd
0000001abcdx
1
001abcd
000001abcdxx
2
010abcd
00001abcdxxx
3
011abcd
0001abcdxxxx
5
100abcd
001abcdxxxxx
6
101abcd
01abcdxxxxxx
7
110abcd
1abcdxxxxxxx
8
111abcd
表2A律压缩转换表
A律的扩展可定义为：
从A律到线性扩展的转换如下表：
压缩过的码字
偏值的输入
段值量化值
比特：
6543210
比特:
11109876543210
000abcd
0000000abcd1
001abcd
0000001abcd1
010abcd
000001abcd10
011abcd
00001abcd100
100abcd
0001abcd1000
101abcd
001abcd10000
110abcd
01abcd100000
111abcd
1abcd1000000
表3A律解压转换表
4.语音的u律压缩与解压原理
u率限制采样模值为13比特，u律的压缩可定义为：
从线性到u律的压缩转换如下表所说明。
压缩后的码字组成：
比特0-3表示量化值，比特4-6表示段值，压缩后的码字符号放在比特7，为了简化未写出。
U律二进制编码表如下：
压缩前的码字
丢弃的
比特数
压缩后的码字
输入值
段值量化值
比特：
1211109876543210
比特：
6543210
00000001abcdx
1
000abcd
0000001abcdxx
2
001abcd
000001abcdxxx
3
010abcd
00001abcdxxxx
4
011abcd
0001abcdxxxxx
5
100abcd
001abcdxxxxxx
6
101abcd
01abcdxxxxxxx
7
110abcd
1abcdxxxxxxxx
8
111abcd
表4U律压缩转换表
在扩展前，u律码字再次反转。
低位的有效比特原是丢弃的，但是为了减少精度损失，用中间值近似。
为了简化，扩展后的码字符号左溢。
U率二进制解码表
压缩过的码字
偏值的输入
段值量化值
比特:
6543210
比特:
1211109876543210
000abcd
00000001abcd1
001abcd
0000001abcd10
010abcd
000001abcd100
011abcd
00001abcd1000
100abcd
0001abcd10000
101abcd
001abcd100000
110abcd
01abcd1000000
111abcd
1abcd10000000
表5U律解压转换表
5.设置采样率和转换率
更改采样率和转换率，查找手册TLV320AIC23BDataManual（Rev.G）：
根据上表修改AIC23.c子程序采样率设置语句：
Uint16Sample_Rate_Control[2]={
Codec_SRC_REV,
SRC_CLKIN（0）+SRC_CLKOUT（0）+SRC_SR（6）
+SRC_BOSR（0）+SRC_USB（0）
};
将SRC_SR（6）中数值6改为相应数值，代表其他采样率。
如表，1代表48K-8K，2代表8K-48K，0代表48K-48K。
四.程序设计
1.硬件组成
（1）BJTU-DSP5502实验板
DSP芯片1枚（U1）：
TMS320VC5502@300MHz
SDRAM1枚（U5）：
2M×32bit（8Mbytes）HY57V643220CT
FLASH1枚（U4）：
256K×16bit（512Kbytes）SST39VF400A-70
CPLD（复杂可编程逻辑器件）1枚（U2）：
CY37064VP100
通信接口3个：
仿真器JTAG接口（J1）、连接到PC机USB接口（J4）和UART接口（J2）
信号采集和输出端口：
立体音输入接口line-in（J5，直接连接电脑的语音输出端口）
麦克风输入接口（J7）
耳机音频输出接口（J6）
扩展板接口（J9,J10）
图1BJTU-DSP5502板结构组成框图
（2）信号采集和输出端口
立体音输入接口line-in（J5，直接连接电脑的语音输出端口）/麦克风输入接口（J7）/耳机音频输出接口（J6）。
通过AIC23B（A/D、D/A转换器）来提供立体音输入/麦克风输入/耳机音频输出。
AIC23B与DSP的McBSP1相连接。
（3）LED灯
D2：
+5V电源指示灯。
D4：
+3.3V电源指示灯。
D1：
用户指示灯，由DSP的XF引脚控制。
XF输出“1”时（BSETXF），点亮D1；XF输出“0”时（BCLRXF），熄灭D1。
D5：
用户指示灯，由DSP的GPIO7引脚控制。
GPIO7输出“1”时，点亮D5；GPIO7输出“0”时，熄灭D5。
（4）片上外设
64bitTimer：
4个，TIMER0/TIMER1/WatchDogTIMER/TIMER3（DSP/BIOStimer）
McBSP：
3通道，McBSP0/McBSP1/McBSP2
DMA：
6通道，DMA0/DMA1/DMA2/DMA3/DMA4/DMA5/DMA6
IIC：
1通道
UART：
1通道
8／16bitHPI：
1通道
（5）片上存储器
DARAM：
32K×16bit
BootROM：
16K×16bit
片内ROM受VC5502的ST3寄存器中的MPNMC状态位控制。
当MPNMC=1时，32K片内ROM被屏蔽。
MPNMC的状态由上电复位时采样引脚BOOTM[2:
0]的状态决定。
当BOOTM[2:
0]为000B或100B时，MPNMC=1；否则MPNMC=0。
DSP在联机仿真状态下，MPNMC=1。
图2BJTU-DSP5502板功能框图
（6）McBSP的结构及工作原理
VC5502有3个缓冲多通道串行口：
McBSP0（本板与外扩接口相连）、McBSP1（本板和Codec相连）和（McBSP2本板和UART复用）。
McBSP：
多通道缓冲串行口（Multi-channelBufferedSerialPort），是串行口的一种。
McBSP特点：
全双工同步串行口/可直接与系统中的其它C55x器件、编码解码器、串行A/D、D/A转换器以及其它的串行器件直接接口/支持传输的数据字长：
8bit、12bit、16bit、20bit、24bit或32bit/内置μ-律和A-律压扩硬件。
图3McBSP的结构功能框图
2.程序流程图
图3程序流程图
3.主程序
（1）使用A律压缩方法，按题目要求设置采样率为32KHz。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"5502_FLASH.h"
#include"E2PROM_Function.h"
#include"CODEC.h"
#undefCODEC_ADDR
#defineCODEC_ADDR0x1A//宏定义
Uint16SourData[65536]={0};//采集存放数组
//Uint16CompData2[65536]={0};
//Uint16CompData3[65536]={0};
Uint16CompData[65536]={0};//压缩后的数组
Uint16OutData[65536]={0};//解压回放数组
//Uint16OutData2[65536]={0};
//Uint16OutData3[65536]={0};
#pragmaDATA_SECTION（SourData,".Audio_in_data0"）;//用户自定义数据段数据连接到与.bbs不同的存储空间“Audio_out_data6”段
#pragmaDATA_SECTION（CompData,".Audio_in_data1"）;
//#pragmaDATA_SECTION（CompData2,".Audio_in_data2"）;
//#pragmaDATA_SECTION（CompData3,".Audio_in_data3"）;
#pragmaDATA_SECTION（OutData,".Audio_out_data1"）;
//#pragmaDATA_SECTION（OutData2,".Audio_out_data2"）;
//#pragmaDATA_SECTION（OutData3,".Audio_out_data3"）;
#defineAUDIOTRY0xAA0A//音频试听
#defineAUDIOCOPY0xAA07//音频压缩存储回放
#defineTESTCOMMAND2//操作命令选择
MCBSP_HandlehMcbsp;//定义McBSP的句柄
unsignedcharCompand（intdata）;//A律压缩子程序
unsignedcharUCompand（intdata）;//u律压缩子程序
intDisCompand（unsignedcharinput）;//A律解压子程序
intUDisCompand（unsignedcharinput）;//u律解压子程序
voidblink（）;//闪灯（D1）子程序
voiddelay（intperiod）;//延时子程序
voidmain（void）
{
Uint16DataTempLeft=0;
Uint16DataTempRight=0;
Uint16i,a,b;
Uint16TempData;
Uint16TestCommand=0;
//初始化CSl库
CSL_init（）;
#ifTESTCOMMAND==1
TestCommand=AUDIOTRY;//试听
#endif
#ifTESTCOMMAND==2
TestCommand=AUDIOCOPY;//录音并回放
#endif
//Themainfrequencyofsystemis240MHz
//该频率是为了设置IIC模块的需要设置的,为了使用I2C_setup函数
PLL_setFreq（1,0xC,0,1,3,3,0）;
//EMIF初始化
Emif_Config（）;
//OpenMcBSPport1andgetaMcBSPtypehandle
hMcbsp=MCBSP_open（MCBSP_PORT1,MCBSP_OPEN_RESET）;
//ConfigMcBSPport1byusepreviouslydefinedstructure
Mcbsp_Config（hMcbsp）;
//I2C初始化
I2C_cofig（）;
//CODEC寄存器初始化（此例采样率为32KHz,详情见AIC23.c）
inti_AIC（）;
//ReceivetheADCoutputdataofCODEC
//ThenoutputthereceiveddatatoDACofCODEC
/*------------------------------------------------------------------------------------*/
while
（1）
{
//scanf（"%d",&a）;
//if（a）
//{
switch（TestCommand）
{
caseAUDIOTRY:
//音频试听
/*说明：
McBSP1接收寄存器分别对linein的左右声道进行采样*/
/*Linein（J5）左通路数据*/
while（!
MCBSP_rrdy（hMcbsp））{};
DataTempLeft=MCBSP_read16（hMcbsp）;
/*Linein（J5）右通路数据*/
while（!
MCBSP_rrdy（hMcbsp））{};
DataTempRight=MCBSP_read16（hMcbsp）;
/*说明：
McBSP1发送寄存器分别对linein的左右声道接收到的数据进行发送*/
/*Microin（J7）左声道耳机输出*/
while（!
MCBSP_xrdy（hMcbsp））{};
MCBSP_write16（hMcbsp,DataTempLeft/16）;
/*Microin（J7）右声道耳机输出*/
while（!
MCBSP_xrdy（hMcbsp））{};
MCBSP_write16（hMcbsp,DataTempRight）;
break;
caseAUDIOCOPY:
//录音并回放
blink（）;//D1闪一次
scanf（"%d",&b）;//手动选择压缩标准：
1-A率，2-u率
if（b==1）//A率
{
for（i=0;i<65535;i++）
{
while（!
MCBSP_rrdy（hMcbsp））{};
//SourData[i]=MCBSP_read16（hMcbsp）;
SourData[i]=TempData;
TempData=MCBSP_read16（hMcbsp）;
CompData[i]=Compand（TempData）;
}
/*
for（i=0;i<65535;i++）
{
while（!
MCBSP_rrdy（hMcbsp））{};
TempData=MCBSP_read16（hMcbsp）;
CompData2[i]=Compand（TempData）;
}
for（i=0;i<65535;i++）
{
while（!
MCBSP_rrdy（hMcbsp））{};
TempData=MCBSP_read16（hMcbsp）;
CompData3[i]=Compand（TempData）;
}
*/
blink（）;//D1闪两次，表示开始解压数据并回放
blink（）;
for（i=0;i<65535;i++）
{
OutData[i]=DisCompand（CompData[i]）;
}
for（i=0;i<65535;i++）
{
while（!
MCBSP_xrdy（hMcbsp））{};
MCBSP_write16（hMcbsp,OutData[i]）;
}
/*
for（i=0;i<65535;i++）
{
OutData2[i]=DisCompand（CompData2[i]）;
}
for（i=0;i<65535;i++）
{
while（!
MCBSP_xrdy（hMcbsp））{};
MCBSP_write16（hMcbsp,OutData2[i]）;
}
for（i=0;i<65535;i++）
{
OutData3[i]=DisCompand（CompData3[i]）;
}
for（i=0;i<65535;i+
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