目 录
一、实验背景与内容……………………………………………………3
二、设计内容……………………………………………………………3
三、设计方案、算法原理说明…………………………………………4
四、程序设计、调试与结果分析………………………………………5
五、设计（安装）与调试的体会………………………………………16
六、参考文献……………………………………………………………16
一、实验背景与内容
目前语音信号压缩技术发展十分迅速，出现了很多高效率的语音压缩编码方法。以语音信号压缩的国际标准G.729为例，它可将经过采样的64kb/s语音信号高保真地压缩到8kb/s，但其模型编码算法的运算量很大。同时又要求对语音信
号进行实时采样实时压缩处理，这样对数据采集和处理系统提出了更高的要求。本实验是使用通用数字信号处理器(DSP)强大的数据处理能力，由于DSP采用内部多总线结构，使数据的存储和指令的执行更加快捷。最重要的一点是，DSP具有快速的指令周期，如TMS320系列己经从第一代的200ns降低到5ns(1600MIPS)以下，如此高的运算速度使其可以满足许多实时处理的需要。语音信号的幅度（发音强度）并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。ITU-T G.711建议的PCM 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。pcm是原始数据原封不动地量化编码（这种量化的位宽大），A律pcm是经过压扩后的非均匀量化（小信号细量化大信号粗量化），U律pcm是经过压扩后的均匀量化（A/U律量化的位宽小）。 所以本实验采用A律的效果应该比较理想。但是也采用了U律进行了对比。
二、设计内容
l 实验目的
①、应用DSP算法实现对语音信号的压缩、存储和回放。
②、熟悉使用C语言编写较复杂的程序；
③、熟悉C语言对外设（DSK板或示波器）的访问（软件编程、硬件连接）；
④、熟练使用软件CCS5000对程序的完整调试过程。
l 实验设计要求
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采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。
③存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。
④使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。
三、设计方案、算法原理说明
语音信号的编码方式一般为PCM( PulCode Modulation)编码。由于需要采集、存储、传输和处理的音频数据量极大，只有进行压缩后才能正常进行传输和存储。目前，用于语音压缩编码的算法有ADPCM,CE LP,RP E-LTP,等。其中最常用的是u/A律压缩解压。u/A 律 压 缩解压编码是国际电报电话协会(CCIT)最早推出的G711语音压缩解压编码的一种格式的主要内容。其中欧洲和中国等国家采用A律压缩解压编码，美国和日本采用u律压缩解压编码。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律限制采样值为12+1比特，将压缩后的格式码定义为PSSSQQQQ ,相当于将
正负值输入分成8 个区段(0～7) 。其中P 为符号位,0代表正，1 代表负；SSS 表示3 位高位的区段码；QQQQ表示区段内小格码，区分不同输入的范围值。这种编码方式使压缩、解压缩变得简洁而有效率。表1 为输入值与压缩编码间的关系，其中X 为压缩中舍弃的位，输入值越大，被舍弃的位数就越多，每个输入值有其对应的最高有效位。A 律对数PCM,就是压缩器的压缩特性具有如下关系的压缩率:
式中: F(x）为归一化的压缩器输出电压；x 为归一化的压缩器输入电压；A 为压扩参数,表示压缩的程度（在欧洲，A=87.6）。
A律13折线
由表1 可见,输入值与压缩后的编码值之间的关系如下:
a) 输入值的12 位即为符号位P ;
b) 将输入值右移6 位后,求得此时最高有效位的值加1 ,即为其对应压缩码的区段码SSS;
c) 最高有效位后紧邻的4 位即为其对应压缩码的小格码QQQQ。
四、程序设计、调试与结果分析
①流程图
②TMS320VC5402 mcbsp的串口的初始化
首先将DSP的串口1复位，再对串口1的16个寄存器进行编程，使串口1工作在以下状态：禁止SPI模式，但数据相，每帧一字，每字16位，帧同步脉冲低电平有效，并且帧同步信号和移位信号有外部时钟产生。
hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC);
此语句调用了函数codec_open()对串口1进行了初步设置，设置成功返回codec的句柄放在变量 hHandset中，作为调用其他函数的实参。
③AD50的初始化：
该初始化过程调用了5个函数对AD50的5项参数进行了设置，包括adc和dac的工作模式，模拟输入和输出的增益；以及AD,DA的转换速率。
codec_dac_mode(hHandset, CODEC_DAC_15BIT); /* DAC in 15-bit mode */
codec_adc_mode(hHandset, CODEC_ADC_15BIT); /* ADC in 15-bit mode */
codec_ain_gain(hHandset, CODEC_AIN_6dB); /* 6dB gain on analog input to ADC */
codec_aout_gain(hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB); /* -6dB gain on analog output from DAC */
codec_sample_rate(hHandset,SR_16000); /* 16KHz sampling rate */
④从McBSP的接收通道读取A/D转换的值，然后经过压缩解压后将其发送到McBSP的发送通道，讲解压后的数据将数据写入D/A转换器。
程序如下：
while (1)
{
/* Wait for sample from handset */
while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC))
{};
/* Read sample from and write back to handset codec */
data=*(volatile int*)DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC);
pre=int2alaw(data); /*or pre=int2ulaw(data);*/
data=alaw2int(pre); /*or data=ulaw2int(pre);*/
*(volatile int*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC)=data;
实验程序
l C程序
/******************************************************************/
/* 头文件 */
/*******************************************************************/
#include <type.h>
#include <board.h>
#include <codec.h>
#include <mcbsp54.h>
/*******************************************************************/
/* 变量宏定义 */
/*******************************************************************/
#define SIGN_BIT (0x80) /* Sign bit for a A-law byte. */
#define QUANT_MASK (0xf) /* Quantization field mask. */
#define NSEGS (8) /* Number of A-law segments. */
#define SEG_SHIFT (4) /* Left shift for segment number. */
#define SEG_MASK (0x70) /* Segment field mask. */
/******************************************************************/
/* 函数声明 */
/*******************************************************************/
void delay(s16 period);
void led(s16 cnt);
void initcodec(void);
void flashenable(void);
unsigned char data2alaw(s16 pcm_val);
int alaw2data(unsigned char a_val);
static int search(int val,short *table,int size);
/*******************************************************************/
/* 全局变量 */
/*******************************************************************/
HANDLE hHandset;
s16 data;
s16 data1;
u16 i=0;
u16 temp1;
u16 j=0;
u16 k,l=0;
u8 temp2;
u16 buffer[22000];
static short seg_end[8]={0x1F,0x3F,0x7F,0xFF,0x1FF,0x3FF,0x7FF,0xFFF};
/*******************************************************************/
/* 主函数 */
/*******************************************************************/
void main()
{
if (brd_init(100))
return;
led(2); //闪灯两次
initcodec(); //初始化codec
flashenable(); //选择片外FLASH为片外存储器
while (1)
{
while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC)) {}; //等待接收handset处的采样
if (i==0) brd_led_toggle(BRD_LED0); //点亮二极管0，表示录音开始
data = *(volatile u16*)DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC); //从handset处读取采样
temp1=data2alaw(data); //对采样进行a律压缩
/*****************************************************************/
/* 把低地址数据放在高八位高地址数据放在低八位 */
/*******************************************************************/
i=i+1;
if(i%2==1)
{
buffer[j]=(temp1<<=8);
/*奇数数据左移8位 temp1=abcdefgh00000000
buffer[j]=temp1*/
}
else
{
buffer[j]=(buffer[j]|temp1);
/*偶数数据与temp1取或 组成新的数据
buffer[j]=abcdefghiabcdefghi*/
j++; //j加1
}
if(i>=44000)
{
i=0;
}
if(j>=22000)
{
j=0;
brd_led_toggle(BRD_LED0); //熄灭数码管0 表示录音结束
brd_led_toggle(BRD_LED1); //点亮二极管1 表示放音开始
/*******************************************************************/
/* 放音部分 */
/*******************************************************************/ for(k=0;k<44000;k++)
{
if(k%2==0)
{
temp2=(buffer[l]>>8)&0x0ff;
}
else
{
temp2=buffer[l]&0x0ff;
l++;
}
if(l>=22000)
l=0;
data1=alaw2data(temp2);
while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC)) {};
*(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) = data1;
}
/*******************************************************************/
/* 放音结束 */
/*******************************************************************/
if(k==44000) brd_led_toggle(BRD_LED1); //熄灭二极管1 表示放音结束
}
}
} //主程序结束
/*******************************************************************/
/* 子函数 */
/****************************************************************/
/*******延时******/
void delay(s16 period)
{
int i, j;
for(i=0; i<period; i++)
{
for(j=0; j<period>>1; j++);
}
}
/*******闪灯******/
void led(s16 cnt)
{
while ( cnt-- )
{
brd_led_toggle(BRD_LED0);
delay(1000);
brd_led_toggle(BRD_LED1);
delay(1000);
brd_led_toggle(BRD_LED2);
delay(1000);
}
}
/*****初始化codec**/
void initcodec(void)
{
/* Open Handset Codec */
hHandset = codec_open(HANDSET_CODEC); // Acquire handle to codec
/* Set codec parameters */
codec_dac_mode(hHandset, CODEC_DAC_15BIT); // DAC in 15-bit mode
codec_adc_mode(hHandset, CODEC_ADC_15BIT); // ADC in 15-bit mode
codec_ain_gain(hHandset, CODEC_AIN_6dB); // 6dB gain on analog input to ADC
codec_aout_gain(hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB);
// -6dB gain on analog output from DAC
codec_sample_rate(hHandset,SR_8000); // 8KHz sampling rate
}
/*****设置flash****/
void flashenable(void)
{
CPLD_CTRL2_REG|=0x0010;
CPLD_DMCTRL_REG|=0x0040;
}
/*****a律压缩******/
unsigned char data2alaw(s16 pcm_val)
{
Int mask;
Int seg;
unsigned char aval;
if (pcm_val >= 0)
{
mask = 0xD5; // 标记 (7th) bit = 1
}
else
{
mask = 0x55; // 标记 bit = 0
pcm_val = -pcm_val;
}
// Convert the scaled magnitude to segment number.
seg = search(pcm_val, seg_end, 8);
// Combine the sign, segment, and quantization bits.
if (seg >= 8) // out of range, 返回最大数.
return (0x7F ^ mask);
else
{
aval = seg << SEG_SHIFT;
if (seg < 2)
aval |= (pcm_val >> 1) & QUANT_MASK;
else
aval |= (pcm_val >>seg) & QUANT_MASK;
return (aval ^ mask);
}
}
/****alaw的子程序**/
static int search(int val,short *table,int size)
{
Int i;
for (i = 0; i < size; i++)
{
if (val <= *table++)
return (i);
}
return (size);
}
/*****a律解压******/
int alaw2data(unsigned char a_val)
{
Int t;
Int seg;
a_val ^= 0x55;
t = (a_val & QUANT_MASK) << 4;
seg = ((unsigned)a_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
if(seg==0)
{
t += 8;
t=(t>>3);
}
if((seg<4)&&(seg>0))
{
t +=0x108;
t=(t>>(4-seg));
}
if(seg>3)
{
t+=0x108;
t=(t<<=(seg-4));
}
return ((a_val & SIGN_BIT) ? t : -t);
}
/*******************************************************************/
/* 结束 */
/*******************************************************************/
l 存储器的分配（*.cmd）
MEMORY
{
PAGE 0: VECS: origin = 0080h, length = 0080h /* Internal Program RAM */
PRAM: origin = 7600h, length = 8000h /* Internal Program RAM */
PAGE 1: SCRATCH: origin = 0060h, length = 0020h /* Scratch Pad Data RAM */
DMARAM: origin = 0C00h, length = 0300h /* DMA buffer */
DATA: origin = 1100h, length = 0080h /* Internal Data RAM */
STACK: origin = 1180h, length = 0560h /* Stack Memory Space */
INRAM: origin = 1900h, length = 0100h /* Internal Data RAM */
HPRAM0: origin = 1A00h, length = 0002h /* HPI memory accessible by Host and DSP */
HPRAM1: origin = 1A02h, length = 0280h /* HPI memory accessible by Host and DSP */
HPRAM2: origin = 1C82h, length = 0280h /* HPI memory accessible by Host and DSP */
EXRAM: origin = 1F10h, length = 5A00h /* External Data RAM */
}
SECTIONS
{
.cinit > PRAM PAGE 0
.text > PRAM PAGE 0
.vectors > VECS PAGE 0
init_var > PRAM PAGE 0
detect > PRAM PAGE 0
vrcprg > PRAM PAGE 0
matprg > PRAM PAGE 0
.stack > STACK PAGE 1
.trap > SCRATCH PAGE 1
.const > EXRAM PAGE 1
.data > EXRAM PAGE 1
.bss > EXRAM PAGE 1
.cio > EXRAM PAGE 1
.switch > EXRAM PAGE 1
tables > EXRAM PAGE 1
var > EXRAM PAGE 1
svctab > EXRAM PAGE 1 /* SS_V LSP table */
vctab > EXRAM PAGE 1 /* V LSP table */
uvctab > EXRAM PAGE 1 /* UV LSP table */
cuvtab > EXRAM PAGE 1 /* Stochastic codebook */
cdbktab > EXRAM PAGE 1 /* various codebook tables*/
logtab > EXRAM PAGE 1 /* table for log2 */
powtab > EXRAM PAGE 1 /* table for pow2 */
hamtab > EXRAM PAGE 1 /* table for hamming */
lgwtab > EXRAM PAGE 1 /* table for lag window */
acostab > EXRAM PAGE 1 /* table for arccos */
sqrtab > EXRAM PAGE 1 /* table for square root */
acbtab > EXRAM PAGE 1 /* table for thresholds in acb */
pm03tab > EXRAM PAGE 1 /* table for x^(-0.3) computation */
costab > EXRAM PAGE 1 /* table for cosine */
V23 > INRAM PAGE 1
FSK > INRAM PAGE 1
hpibuff0 > HPRAM0 PAGE 1
hpibuff1 > HPRAM1 PAGE 1
hpibuff2 > HPRAM2 PAGE 1
dma_buff > DMARAM PAGE 1
}
实验操作步骤
①将SEED-VC5402 DSK板与计算机的并口相连，在DSK板的麦克风/扬声器接口分别接上话筒和耳机。
②连接DSK板的电源后首先进行复位，并启动计算机。
③双击桌面上的CCS 2（ C5000） 图标运行CCS程序，在CCS并行调试管理器窗口中选择打开“C5402 DSK/CPU-1”选项启动DSK板的驱动程序，注意在启动CCS之前先按一下DSK板的复位按钮。正常启动CCS之后，在CCS的左上角出现“C5402 DSK/CPU-1”的提示。
④将本工程目录拷贝至C:\ti\myproject目录下。
⑤向工程中添加文件：（.C）文件、(.cmd)文件、(.lib)库文件、（.h）头文件。
⑥编译无错误后导入，运行。
实验结果
对语音信号开始采样后，灯闪两次，初始化codec。二级管灯0亮开始采集语音数据，二极管灯0熄灭录音结束，二极管灯1亮开始放音，二极管灯1熄灭放音结束，二极管灯0亮重新开始采样语音信号。如此再循环运行程序。
采样信号时域图
压缩信号时域图
解压缩信号时域图
五、设计（安装）与调试的体会
通过此次实验，使我们懂得ccs的基本调试以及加深了对c语言的理解。另外对信号压缩有了初步地认识。在实验过程中，遇到了很多的问题，总是出现莫名的错误。如：实验采样放音后，出现了错误，不能继续循环，通过询问老师，知道我们可以restart等。此外，我们查询了很多资料，A律、U律的压缩解压缩等等很多知识点。
通过此次实验，也暴露了我们很多问题。如创新能力不足，缺乏新意，实验能力不强。在今后的实验中，这是我们需要加强的地方。
六、参考文献
[1] 高海林、钱满义．DSP技术及其应用讲义．2005年10月
[2]. 周霖. DSP通信工程技术应用[M]. 北京： 国防工业出版社，2003.115
[3].陈后金、薛健、胡健.数字信号处理.高等教育出版社.
