語(yǔ)言是人類(lèi)相互溝通信息的重要工具。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是語(yǔ)音通信和各種語(yǔ)音產(chǎn)品的廣泛普及，語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化處理在越來(lái)越多的領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。目前，各種以語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字處理為特點(diǎn)的商品已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，商品化的語(yǔ)音信號(hào)處理機(jī)也已問(wèn)世，如KAY公司的CSLTM(Computerized Speech Lab)。

一個(gè)完備的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)不但要具備語(yǔ)音信號(hào)的采集和回放功能，而且更重要的是要能完成復(fù)雜的語(yǔ)音信號(hào)分析和處理算法。通常這些算法運(yùn)算量大，且又要滿(mǎn)足實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的快速高效處理要求，因此需采用高速DSP芯片。另外，在要求系統(tǒng)滿(mǎn)足較好的通用性的同時(shí)，針對(duì)不同的應(yīng)用和不斷出現(xiàn)的新處理方法，還要使系統(tǒng)便于功能的改進(jìn)和擴(kuò)展。
為此，我們以PC機(jī)為主機(jī)，以TMS320C50為信號(hào)處理設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)，其硬件配置框圖見(jiàn)圖1。

其中，TMS320C50是美國(guó)Texas Instrument公司的16位定點(diǎn)DSP產(chǎn)品，它包括改進(jìn)的哈佛(Harvard結(jié)構(gòu)、高性能CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、在片外圍接口以及一套高效的匯編指令集，計(jì)算速度可達(dá)40Mips，且性能價(jià)格比好。

1.1 PC主機(jī)
考慮到系統(tǒng)的通用性和易實(shí)現(xiàn)性，我們把PC機(jī)作為系統(tǒng)的主機(jī)，其具體配置由不同的應(yīng)用確定。它主要提供系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話(huà)界面，以控制完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。
1.2 PREPROC部件
整個(gè)系統(tǒng)采用全模塊化結(jié)構(gòu)，配置靈活，調(diào)試維護(hù)方便，支持軟件實(shí)現(xiàn)的各種語(yǔ)音數(shù)字處理算法。整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)和四個(gè)模塊部件組成。這四個(gè)模塊部件分別為輸入信號(hào)放大部件(PREPROC)、功率放大部件(POSPROC)、高速數(shù)字信號(hào)處理部件(DSP)和18位高采樣回放部件(AD/DA)。其中，DSP部件完成具體的信號(hào)處理任務(wù)，并控制AD/DA部件完成語(yǔ)音信號(hào)的采集和回放；PREPROC部件完成對(duì)輸入語(yǔ)音信號(hào)的放大和防混疊濾波；POSPROC部件完成平滑濾波和功率放大。
該部件對(duì)話(huà)筒輸入信號(hào)或線(xiàn)路輸入信號(hào)進(jìn)行放大和防混疊濾波處理，其輸出供給AD/DA部件進(jìn)行采樣。其設(shè)計(jì)指標(biāo)為：話(huà)筒輸入范圍1mV～31.6mV，線(xiàn)路輸入范圍100mV～3.16V，輸入阻抗10kΩ，部件增益可調(diào)，在標(biāo)稱(chēng)范圍內(nèi)可將信號(hào)放大到AD輸入的滿(mǎn)刻度±10V。其中的防混疊濾波器作為獨(dú)立的插件，詳細(xì)設(shè)計(jì)在后面說(shuō)明。
1.3 POSPROC部件
該部件對(duì)D/A送出的模擬信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)濾波和功率放大，其輸出供給揚(yáng)聲器。可輸出功率為1W，用來(lái)推動(dòng)8Ω的揚(yáng)聲器。其中恢復(fù)濾波器作為獨(dú)立的插件，詳細(xì)設(shè)計(jì)在下面說(shuō)明。
1.4 濾波器插件
本系統(tǒng)提供10kHz和20kHz兩種濾波器插件供選擇。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需要，系統(tǒng)可配置不同截止頻率的濾波器插件或外接截止頻率可調(diào)的濾波器。
系統(tǒng)提供的防混疊濾波器和恢復(fù)濾波器，分別由兩片MAX274及其外接電阻構(gòu)成的兩個(gè)八階切比雪夫低通濾波器串聯(lián)構(gòu)成。由器件手冊(cè)可知，MAX274由四個(gè)同樣的濾波單元組成，每個(gè)濾波單元就是一個(gè)二階濾波器。為了方便起見(jiàn)，將四個(gè)濾波單元依次編號(hào)A、B、C、D。由《有源濾波器設(shè)計(jì)》可查得通帶起伏為0.2dB的八階切比雪夫低通濾波器的歸一化參數(shù)B和C，然后，由MAX274器件手冊(cè)可知：對(duì)于每一個(gè)濾波單元，有：

在應(yīng)用中，我們把MAX274的FC腳接地，則Rx/Ry＝0.2，由此可計(jì)算出各個(gè)電阻值。實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)樽柚递^特殊，每個(gè)電阻值須由兩個(gè)精密電阻串聯(lián)得到。
1.5 DSP部件
該部件是塊插在ISA總線(xiàn)上的半長(zhǎng)板，它控制AD/DA部件完成語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采集和回放，并根據(jù)軟件完成相應(yīng)的信號(hào)分析，是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。它由TMS320C50(工作頻率40MHz)、雙端口RAM(4K×8)、FIFO(1K×8)及相應(yīng)的控制電路組成。
使用時(shí)，DSP程序由主機(jī)通過(guò)雙端口RAM到C50的內(nèi)部程序區(qū)。采樣前，C50通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器Timer來(lái)設(shè)置AD/DA部件的采樣頻率。單個(gè)樣點(diǎn)采樣完成后，AD/DA部件產(chǎn)生C50硬件中斷INT1，C50響應(yīng)中斷INT1，將來(lái)自AD的采樣數(shù)據(jù)寫(xiě)入FIFO，主機(jī)通過(guò)讀FIFO獲得采樣數(shù)據(jù)；語(yǔ)音回放前，C50按照回放頻率設(shè)置內(nèi)部定時(shí)器Timer，使之產(chǎn)生中斷INT1；回放時(shí)，主機(jī)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入FIFO，C50定時(shí)響應(yīng)中斷INT1，從FIFO讀取數(shù)據(jù)并將它送到DA輸出；信號(hào)處理任務(wù)在C50內(nèi)部完成，單次處理的輸入輸出數(shù)據(jù)通過(guò)雙端口RAM在主機(jī)與DSP部件之間交換。
為了方便地編寫(xiě)軟件，在此我們列出DSP部件與PC機(jī)以及AD/DA部件之間的接口參數(shù)：
對(duì)于PC
·雙端口RAM的地址范圍是D800H(段地址)：0000H～0FFFH(偏移地址)。
·命令口CMD的地址為300H，命令字設(shè)計(jì)如下：

BIT0：復(fù)位FIFO：BIT1、BIT7：暫時(shí)未用；BIT2：復(fù)位TMS320C50；BIT3：PC與C50的握手信號(hào)：BIT4～6：產(chǎn)生C50中斷INT2～I(xiàn)NT4。
·狀態(tài)口STS的地址為0301H，狀態(tài)字設(shè)計(jì)如下：
BIT0：FIFO2空標(biāo)志；BIT1：FIFO1滿(mǎn)標(biāo)志；BIT2：FIFO1半滿(mǎn)標(biāo)志；BIT3：C50與PC的握手信號(hào)；BIT4～6暫時(shí)未用。
·FIFO1的寫(xiě)地址為302H，讀地址為303H。
對(duì)于DSP
·雙端口RAM的地址范圍是F000H～FFFFH。
·狀態(tài)口STS的地址為PA1，狀態(tài)字如下：

BIT5：FIFO1空標(biāo)志；BIT6：FIFO2半滿(mǎn)標(biāo)志；BIT7：FIFO2滿(mǎn)標(biāo)志；其余位暫時(shí)未用。
·FIFO2寫(xiě)地址為PA2，讀地址為PA3。
·AD采樣的地址為PA8。
·DA采用兩級(jí)鎖存，級(jí)鎖存地址為PA11，第二級(jí)鎖存地址為PA10。
1.6 AD/DA部件
該部件是一塊插在PC機(jī)ISA總線(xiàn)上的半長(zhǎng)板，其采樣頻率達(dá)100kHz，它在DSP部件的控制下完成語(yǔ)音數(shù)據(jù)的采樣和回放。該部件的輸入輸出范圍為±10V，分辨率為16bit。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為偏移二進(jìn)制碼格式。