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DSP系统课程设计利用DSP实现语音mp3压缩开题报告学院电子信息工程学院小组成员指导教师高海林时间2016年6月15日2目录一、实验目的...................................................................................3二、技术指标及设计要求................................................................32.1基本部分：.........................................................................32.2发挥部分：.........................................................................3三、实验原理...................................................................................33.1mp3编码原理....................................................................33.1.1MPEG音频编码算法标准概述..................................33.1.2MPEG编码器的基本结构..........................................43.2硬件结构............................................................................43.2.1BJTU-DSP5502实验系统板........................................43.2.2TLC320AIC23的内部结构及工作原理.......................63.2.3A/D、D/A转换器的初始化与编程...........................63.2.4McBSP的结构及工作原理........................................63.1.5DSP进行信号采集与输出方法.................................7四、程序编写.................................................................................74.1TMS320VC5502McBSP的串口的初始化............................84.2TLV320AIC23B的初始化：.................................................8五、参考文献...................................................................................83一、实验目的掌握利用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。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。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。通过调用DSPCSL库对McBSP接口的编程，学会DSP片上外设的使用方法。二、技术指标及设计要求2.1基本部分：（1）使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型采用mp3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。2.2发挥部分：（1）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。（2）实现mp3语音压缩。三、实验原理3.1mp3编码原理3.1.1MPEG音频编码算法标准概述对于MPEG-1，音频压缩算法标准提供了以下模式:（1）音频信号采样率可以是32kHz,44.1kHz或48kHz。（2）压缩后的比特流可以按照单声道、独立的两个单声道、立体声、联合立体声等4种模式之一支持单声道或双声道编码。其中，联合立体声模式是利用立体声通道之间的关联和通道之间的相位差的无关性得到的。（3）压缩后的比特率可以从32Kbit/s到224Kbit/s(每声道)，也可以使用用户自定义的比特率。（4）MPEG音频编码标准提供了三个独立的压缩层次，使用户可以在复杂性和压缩质量之间权衡选择。层1最简单，最适于使用的比特率为128Kbit/s(每声道)以上。层2的复杂度中等，使用的比特率为128Kbit/s(每声道)左右，其应用包括:数字广播，CD-ROM上的声音信号以及CD-1和VCD。层3即我们通常所说的MP34CMPEG-1(or2)AudioLayer3，它最复杂，但音质最佳，比特率为64Kbit/s(每声道)左右。尤其适用ISDN上的声音传输。（5）编码后的比特流支持CRC效验。（6）MPEG音频编码标准还支持比特流中附带附加信息。3.1.2MPEG编码器的基本结构图1MP3编码器方框图如图1所示，每个编码框都包含1152个取样值，每个取样值为16位元。首先将脉冲编码调制格式的输入信号送入多重相位分析子带滤波器组（poly-phraseanalysisfilterbank）处理，分解成32个等带宽的子频带(subband)信号来分别作离散余弦变换(ModifiedDiscreteCosineTransform,MDCT），然后再配合心理声学模型模块所提供的信息来做量化(quantization)的处理，最后经过霍夫曼编码(huffmancoding)处理，再把编码后的资料依照MPEG-1定义的位元流格式输出即可。3.2硬件结构3.2.1BJTU-DSP5502实验系统板本次实验采用的BJTU-DSP5502实验系统，是一套DSP信号处理硬件实验系统，包括BJTU-DSP5502实验板和SEED-XDS510PLUS仿真器以及相关配件。5图2BJTU-DSP5502实验系统图3BJTU-DSP5502板结构组成框图BJTU-DSP5502实验系统板主要包括：（1）DSP芯片1枚(U1)：TMS320VC5502@300MHz（2）SDRAM1枚(U5)：2M×32bit(8Mbytes)HY57V643220CT（3）FLASH1枚(U4)：256K×16bit(512Kbytes)SST39VF400A-70（4）CPLD1枚(U2)：CY37064VP100（5）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)（6）信号采集和输出端口：立体音输入接口line-in（J5，直接接电脑的语6音输出端口)/麦克风输入接口(J7)/耳机音频输出接口(J6)（7）扩展板接口(J9，J10)3.2.2TLC320AIC23的内部结构及工作原理TLV320AIC23B是TI公司生产的高性能语音芯片，16、20、24、32位串行A/D、D/A转换电路。采样速率：可通过DSP对其寄存器编程来设置，范围8KHz~96KHz。内含抗混叠滤波器和重构滤波器。在ADC之后有一个抽取滤波器：提高输入信号的信噪比(通带截频0.416fs或0.4535fs)。在DAC之前有一个插值滤波器：保证输出信号平滑(通带截频0.416fs或0.4535fs)。内含11个寄存器，名称和功能如下（省略9、10、11）：①左侧line输入通道音量控制(地址:0000000)②右侧line输入通道音量控制(地址:0000001)③耳机左声道音量控制(地址:0000010)④耳机右声道音量控制(地址:0000011)⑤模拟音频通道控制(地址:0000100)⑥数字音频通道控制(地址:0000101)⑦采样率控制(地址:0001000)⑧数字音频接口格式设置(地址:0000111)3.2.3A/D、D/A转换器的初始化与编程对A/D、D/A转换器编程完成后，DSP将数据通过串行口MCBSP1发送出去。对A/D、D/A转换器编程完成后，如果需要DSP通过MCBSP1接收寄存器读入数据，也可进行设置。3.2.4McBSP的结构及工作原理McBSP，多通道缓冲串行口(Multi-channelBufferedSerialPort)，是串行口的一种，是DSP的片上外设之一。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特点：①全双工同步串行口；②接口：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；③支持传输的数据字长：8bit、12bit、16bit、20bit、24bit或32bit；④内置μ-律和A-律压扩硬件。McBSP有一个数据通道和一个控制通道。数据通道完成数据的发送和接收。控制通道的功能包括内部时钟的产生、帧同步信号产生、对这些信号的控制以及多通道的选择等。控制通道还负责产生接口信号送往CPU，产生同步事件通知DMA控制器。McBSP接口提供6个引脚信号，用于与其它设备的通讯。DR：串行数据接收引脚，输入DX：串行数据发送引脚，输出CLKX：发送时钟，输入或输出，可编程7CLKR：接收时钟，输入或输出，可编程FSX：发送帧同步信号，输入或输出，可编程FSR：接收帧同步信号，输入或输出，可编程McBSP接口的数据接收，即读外部数据的过程：外部数据从DR引脚进入，首先存放在接收移位寄存器RSR[1,2]中，当一个完整的字接收完毕后，结果将被复制到接收缓冲寄存器RBR[1,2]，最后再由RBR[1,2]复制到DRR[1,2]中，供CPU或DMA控制器访问。发送数据，即写操作的过程：与读操作相仿。来自DSP的CPU或DMA的数据首先写入DXR[1,2]，然后送入发送移位寄存器XSR[1,2]，通过移位最后送到DX。发送和接收部分相对独立，可实现全双工通信。(注：当传输数据=16bit时，用[1]；16且=32时，用[1,2])。McBSP寄存器：DRR1和DRR2：数据接收寄存器DXR1和DXR2：数据发送寄存器SPCR1和SPCR2：串行口控制寄存器RCR1和RCR2：接收控制寄存器XCR1和XCR2：发送控制寄存器SRGR1和SRGR2：抽样率发生寄存器MCR1和MCR2：多通道控制寄存器PCR：管脚控制寄存器RCERA~RCERH：接收通道使能寄存器XCERA~XCERH：发送通道使能寄存器3.1.5DSP进行信号采集与输出方法McBSPA/DCPUD/Ax(t)y(t)CodecDSP图4利用DSP对模拟信号进行处理的模块模拟信号x(t)经过TLV320AIC23B（内含A/D转换器）转换为数字信号x[k],由DSP的片上外设McBSP1读入；读入的数据经过处理得到y[k]，从McBSP1发出到TLV320AIC23B（内含D/A转换器）转换为模拟信号y(t)。四、程序编写MP3编解码部分是本次设计的难点，在这次DSP课程设计中，我们将继续完善及优化程序，整理设计过程中出现的问题及解决方法，撰写完整实验报告。根据设计任务，我们的程序流程图如下：8图5程序流程图4.1TMS320VC5502McBSP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