基于ADPCM的数字语音存储与回放系统设计方案

　　2.3 预加重处理

　　为了提升语音质量，一般都会对采集的语音进行预加重处理。使得信号的高频部分进行提升，同时信号更平坦。处理的时候一般在高频段按照-6 dB/倍频程跌落，在FPGA内部实现具有6 dB/倍频程提升高频特性的预加重数字滤波器。选取一阶高通滤波器，其特性函数为：

　　式中u 值取为0.94~0.97.当然，在信号处理之后，还需要通过去加重来还原原本的语音信号。

　　2.4 分帧加窗处理

　　为了能用传统的方法对语音信号进行分析处理，需要对本来是时变语音信号进行加窗处理。假定语音信号在30 ms内是平稳的，则在30 ms范围内对于语音信号分割加窗。若采样速率为46 kHz,每帧信号由512个点组成，则一帧的时间长度为11.1 ms,满足语音信号的短时平稳特性。

　　不同的窗函数对于信号会有不同的处理结果，为了选取更优的处理结果，于是对于矩形窗和汉明窗两个最为典型的窗的特性进行比较，结果如图4,图5所示。

　　由图4,图5可知，矩形窗有不错的平滑特性，但是在频谱带外会有一定的信号损失，会有泄漏现象。而汉明窗虽然平滑特性不好，但是其带宽却大于矩形窗，更适合语音信号处理。故在时域中对每帧信号添加汉明窗，再进行傅里叶变换，能更真实地分析其频谱信息。

　　显示频谱时，由于示波器的分辨率有限，对512 点的频谱信息，采取每间隔8个点抽取1个点的方式，即得到64 点的频谱信息。由于显示时只需显示0~ fs 2（fs为采样速率）频率段的信息，故最后在示波器上清晰地显示32个点的频谱。

　　3 单元模块电路设计

　　3.1 前级放大电路

　　一般来说，语音的输入能量不大，为了完成A/D 操作，就需要对输入的信号进行放大。对于简单的电路放大设计，选用最基本的AD620、INA129.对于调制电阻RG ,通过增益计算公式G = 49.4 kΩ/RG + 1 可以计算得到， RG 使用50 kΩ可调电位器来达到2.5 倍的增益放大，电路设计图如图6,图7所示。

　　3.2 A/D及D/A设计电路

　　PCM3010 为24 b 立体声音频编码器，其内部包含Σ-Δ 型ADC和DAC.其中立体声ADC输入信号峰峰值为3 V,内置抗混叠滤波器和高通滤波器，采样速率为16~96 kHz可调，立体声DAC输出信号峰峰值为3 V,内置去加重滤波器，转换速率为16~192 kHz可调。DAC输出信号接后置低通滤波器，可实现较好的波形输出。

　　该芯片将ADC、DAC集成一体，极大地简化了硬件电路规模，并且价格便宜，具有极高的性价比。这里在某些数据线与控制线上串接了一个小电阻，以降低信号上下边沿的跳变速率。其电路图如图8所示。

　　3.3 音量控制及功放电路

　　音量调节选用高性能立体声音频音量控制芯片PGA2310实现。通过数字方法控制模拟音量，每声道音量单独可调，并具有静噪功能。它具有极宽的增益衰减范围，-95.5~31.5 dB 以0.5 dB 步进可调，失真度仅为0.000 4%.其输出两路信号送入高效D 类音频功率放大器TPA2000D4,+5 V 供电驱动4 Ω负载时功率可达2 W.其静态功耗低，外接电路简单，无需外接LC输出滤波器，即可直接驱动扬声器。电路图如图9所示。