基于DSP的语音实时变速系统设计*

　　摘要： 基于DSP的语音实时变速系统具有键盘控制功能和语音录放功能，而且具有高速、通用、灵活的特点。

　　关键词： 语音信号;变速;实时;DSP

　　引言

　　在外语多媒体教学中，要求对语速进行快慢控制，以适应不同程度学生的需求。然而，传统的语音变速产品往往在教师改变语速的同时，也改变了原说话者的语调，不能达到教学的真正目的。因此，语音变速系统应当具备调整语速的同时，还需要保证原说话者语调保持不变的特点。本文介绍的就是一种基于TMS320C5409的语音实时变速系统。另外，考虑到在实际系统中语音的压缩存储和语音变速往往是同时需求的，因此本文提出一种基于LPC低比特率语音编码算法的语音变速算法，该算法能够任意调整语音语速。

　　LPC算法

　　LPC编码将语音信号S(n)看作一个时变的声道系统在声门的激励之下的输出信号。对浊音而言，声门激励为一周期脉冲串;而对清音而言，声门激励为随机噪声序列。语音信号的简化框图如图1所示。

图1  语音信号的简化框图

　　在LPC编码中，可以将一帧的语音信号用简化模型的参数来表示，如浊音、清音判别，基音周期，增益G以及数字滤波器系数{a1}，这样就可以获得3kb/s的编码。解码时，由于在LPC编码中，浊音可以看作是一周期脉冲串的激励，其中，脉冲周期为基音周期，因此，为了改变语音的速率，我们将语音的帧长变长，在其中再加入若干的脉冲串的激励即可得到变速的语音信号。

　　硬件系统设计

　　本系统是一个完善的应用系统，主要完成对语音信号的实时LPC编解码及语音变速，此外，还具有键盘控制功能和语音录放功能。因此，本系统不但需要外部的SRAM存放语音数据，而且需要与DSP相连接的键盘控制设备。本系统主要由TMS320C5409、TLC320AD50、SST39VF400A和CY7C133等构成，系统框图如图2所示。TMS320C5409内部提供的32K字片内RAM用来存放实时运行的程序和数据，片外SRAM(CY7C133)用于存放编码后的语音数据。系统的工作过程如下：系统加电后，通过复位建使TMS320C5409复位。TMS320C5409复位后，由内部固化的自引导程序将Flash(SST39VF400A)上的程序和初始化数据搬移到片内RAM，然后TMS320C5409根据键盘的控制执行操作，运行LPC编码运算(录音)、LPC解码和语音变速(放音)，调整语音变速速率。

图2 系统框图

　　TMS320C5409用于实现语音的编解码算法，TLC320AD50用于完成语音信号的数/模和模/数转换功能。TMS320C5409与TLC320AD50之间通过McBSP串口通信。为了减轻CPU的负担，本系统中设计McBSP通过DMA收到或发送完一组单元后，再给CPU中断的方式跟CPU通信。TMS320C5409与TLC320AD50的接口如图3所示。

图3  TMS320C5409与TLC320AD50的接口

　　采用DMA的方式，即串口每收到或发送一组单元，都会自动触发DMA将其搬送到一个内部的Buffer中，等Buffer满了再通过中断方式告诉CPU处理。这时DMA最好采用ABU(Auto Buffering)模式，可以有效防止Buffer中的数据在串口速率较高时被新数据冲掉的问题。在进行语音变速时，只需要将DMA通道的帧长做相应的改变即可。

　　SST39VF400A(256K