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基于TMS320C5509多路语音实时录音系统

作　者: 陈宇昕
导　师: 刘开华
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: DSP TMS320C5509 G723.1 多路语音硬件设计算法优化
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

DSP(Digital Signal Processor)为数字信号处理提供了高效而可靠的硬件基础,已经广泛应用于高速自动控制、图像处理、通信技术、无线电、语音处理、网络设备、医疗设备、仪器仪表和家电等领域。本设计中所使用的TMS320VC5509就是设计适用于语音信号处理的DSP芯片。从上世纪30年代末提出PCM及通道声码器理论以来,语音编码已经有近70年的发展历史。近20年来随着计算机和微电子技术的发展获得了飞速的发展,尤其近几年高质量语音压缩编码技术已经开始大规模走向实用化。G.723.1标准以5.3kbit/s和6.3kbit/s两种较低的编码速率提供了高质量的重建语音,已在许多方面得到了应用。铁路通信系统是保障铁路高效安全运行的关键系统之一。而对于铁路通信语音内容的精确记录,在需要责任认定和提供法律依据时,有着极为重要的作用。目前已有的录音系统,大多是磁带录音或者未考虑语音压缩的基于PC的录音系统。论文将介绍一种数字化的多路铁路通信语音实时记录系统,该系统以DSP为处理核心器件,采用G723.1标准对多路语音信号进行实时压缩处理,具有录音质量高、便于存储的特点,同时基于数据库对语音数据进行存储。论文详细介绍了课题的硬件系统设计的过程及原理,深入研究了ITU-T G.723.1编解码算法的原理并剖析了源C代码。在此基础之上进行算法优化,并通过对C5509芯片的详细研究,设计了一系列针对源C代码进行汇编优化的措施,使代码的执行效率得到了极大的提高,实现了在单片DSP上的多路语音实时处理。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章项目背景及总体设计  8-14
  1.1 项目背景及要求  8-9
  1.2 项目总体设计  9-12
    1.2.1 语音压缩算法选择  9-10
    1.2.2 DSP的选择  10-11
    1.2.3 项目总体方案  11-12
  1.3 本课题中需要解决的问题  12-13
  1.4 本文内容安排  13-14
第二章硬件部分的设计与实现  14-29
  2.1 多通道AD转换芯片：AD73360  14-17
    2.1.1 AD73360 基本特性及芯片选择  14-15
    2.1.2 AD73360 与DSP的连接和使用  15-16
    2.1.3 4 通道输入电路和原理图  16-17
  2.2 TMS320C5509 DSP外部部件使用方法和连接  17-20
    2.2.1 5509 DSP基本特点  17-18
    2.2.2 5509 DSP存储空间  18-19
    2.2.3 MCBSP结构和工作原理  19-20
  2.3 外扩SDRAM芯片MT48LC4M16A2TG  20-22
    2.3.1 DSP的EMIF接口  20-21
    2.3.2 EMIF与MT48LC4M16A2TG的连接  21-22
  2.4 电源模块设计  22-23
  2.5 JTAG扫描仿真接口设计  23-24
  2.6 USB接口设计  24-27
    2.6.1 USB简介  24
    2.6.2 5509 的USB模块  24-27
  2.7 用CP2101 将串口扩展成USB接口  27-28
  2.8 小结  28-29
第三章 G723.1 语音压缩编码  29-44
  3.1 语音信号生成模型  29-31
  3.2 CELP编码原理  31-32
  3.3 G723.1 算法编码部分  32-43
    3.3.1 预处理（分帧和高通滤波器）  33-34
    3.3.2 LPC分析  34-35
    3.3.3 LSP量化  35-37
    3.3.4 共振峰感觉加权滤波器  37
    3.3.5 基音估计  37-38
    3.3.6 闭环基音预测  38
    3.3.7 固定码本搜索  38-42
    3.3.8 固状态更新和信息打包  42-43
  3.4 小结  43-44
第四章 G723.1 算法在DSP5509 上的实现和优化  44-68
  4.1 算法C代码的分析  44-46
    4.1.1 主模块CODER.C和Util_LBC.C  44
    4.1.2 LPC.C  44-45
    4.1.3 LSP.C  45
    4.1.4 EXC_LBC.C  45-46
    4.1.5 BASOP.C  46
  4.2 定点运算的分析  46-47
  4.3 G723.1 算法复杂度和存储空间分析  47-48
  4.4 TMS320C55x DSP编译器及指令系统  48-50
    4.4.1 中央处理单元(CPU)的结构  48-50
    4.4.2 指令集特点  50
  4.5 代码调试开发环境CCS  50-54
  4.6 代码优化重点地确定  54-55
  4.7 优化过程  55-66
    4.7.1 对基本运算函数的优化  55-57
    4.7.2 对循环体的优化  57-59
    4.7.3 利用DSPLIB和循环缓冲对相关、卷积、滤波器的优化  59-61
    4.7.4 利用C55x特有的硬件结构和汇编指令进行优化  61-66
    4.7.5 存储器分配的优化  66
  4.8 小结  66-68
第五章系统软件设计以及改进方案  68-73
  5.1 多通道处理实现现有方案  68-69
  5.2 系统改进方案设计  69-71
  5.3 全文总结  71-73
参考文献  73-75
发表论文和参加科研情况说明  75-76
致谢  76

基于TMS320C5509多路语音实时录音系统

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