一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种语音基带处理系统，特别涉及一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统，其结构包括：DSP芯片、FPGA芯片、语音编码模块、语音译码模块、Flash芯片、总线驱动器、SRAM芯片、FPGA配置芯片、电源芯片、键盘/显示模块。本发明应用于数字通信领域，可以把语音基带处理系统中待传输的模拟语音信号转换为数字基带信号，从而使用固定的频率在信道上传输。
【专利说明】一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种语音基带处理系统，特别涉及一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统，主要完成语音数字化、数字语音信号和数据信号的处理和传输功能。
【背景技术】
[0002]在数字传输系统中，传输对象的二进制数字信息可以来自计算机、网络或其它数字设备的各种数字代码，也可以来自数字电话终端的脉冲编码信号。基带传输是一种基本的数据传输方式，又叫数字传输，目的是把传输的数据转换为数字信号，使用固定的频率在信道上传输。因此，设计数字传输系统的基本方法是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始，因而称为数字基带信号。在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，在接收端由解码器恢复成与发送端相同的信号。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统，其实现了语音信号的数字化和编/解码、数据传输等功能。
[0004]本发明所采用的技术方案如下:
[0005]本发明以DSP (数字信号处理器)和FPGA(现场可编程门阵列)为控制核心，包括:DSP芯片、FPGA芯片、语音编码模块、语音译码模块、Flash芯片、总线驱动器、SRAM芯片、FPGA配置芯片、电源芯片、键盘/显示模块。本发明对语音的数字化和编/解码采用了连续可变斜率增量编码调制CVSD (连续可变斜率增量调制)，CVSD是Λ M的一种改进，可以保证在相同音质的情况下，使AM的码率从ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)的32kb/s降到16kb/s。DSP芯片用来实现语音基带处理的功能，FPGA芯片完成数字信号的QPSK(四相相移键控信号)调制/解调。
[0006]本发明可以通过如下措施达到:
[0007]1.DSP芯片:选用TMS320VC5409。其指令速度最快能达到100MIPS，能够实现该模块对实时处理的要求。片内ROM容量为16KX16位，片内双寻址RAM容量位32KX16位，可以减少片外存储器的容量。TMS320VC5409片内外设丰富，有软件等待状态发生器、主机接口HP1、时钟发生器、3个多通道缓冲串行口 McBSP等，可以满足该模块数据传输的需求。McBSP具有灵活的接口能力，既可实现全双工通信，直接与数字信号编解码器的工业标准接口，也可以通过串行口与ADC/DAC实现连接。TMS320VC5409的接口能方便地进行外围电路的设计，当用低速的片外存储器时，可以自动插入等待周期，以解决速度的匹配。
[0008]2.FPGA芯片:选用美国Altera公司低成本CycloneII系列的EP2C20F256C8器件，该芯片总引脚数为256根，其中用户I/O引脚为152根，RAM总量为239616bit (29.25KB)，逻辑单元(LE) 18752个。其1接口数量及内部资源完全可以满足本系统的需求。
[0009]2.语音编码模块:包括信号放大滤波器和语音编码器，信号放大滤波电路选用LM356运算放大器，可用于采样和同步电路、快速ADC和DAC、宽带放大器、低噪声放大器等。编解码芯片采用MOTOROLA公司的MC3418。
[0010]3.语音译码模块:包括语音译码器和语音接收放大滤波电路，语音译码芯片仍采用MC3418，语音接收放大滤波电路选用低功率音频放大器LM386，电压增益范围为20?200V。
[0011]4.Flash芯片:采用Atmel公司的AT29LV020芯片，构成256KX8位的存储空间作为DSP芯片的扩展存储器，用来保存DSP运行的程序和数据。
[0012]5.总线驱动器:采用TI公司16位总线驱动器SN74LVTH16245，用于提高总线的驱动能力，以便扩展外设。SN74LVTH16245可与DSP的地址、数据总线匹配，工作电压3.3V，可以承受O?7V输入电压，能与3.3V的DSP和5V的TTL设备兼容。
[0013]6.SRAM芯片:采用CYPRESS公司的CY7C1006D芯片，容量是64KX 16，作为DSP芯片扩展的外部数据存储器。
[0014]7.FPGA配置芯片:采用Altera公司的EPCS4芯片，该芯片用来存储FPGA的程序。
[0015]8.电源1:采用TI公司的电源芯片TPS73HD318，能提供固定电压3.3V和1.8V，每路电源的最大输出电流为750mA，并且带有宽度为200ms的低电平复位脉冲，直接连接到DSP芯片的复位端。
[0016]9.电源2:采用美国ST公司电源芯片LD1117AS12TR，用于产生1.2V电压。
[0017]10.键盘/显示模块:键盘采用按键的组合，显示模块采用IXD液晶显示屏，IXD型号是 FYD12864。
[0018]本发明提供的技术方案带来的有益效果是:
[0019]本发明以DSP和FPGA为控制核心，实现了语音信号的数字化和编/解码、数据传输等功能。对语音的数字化和编/解码采用了连续可变斜率增量编码调制CVSD。DSP芯片用来实现语音基带处理的功能，FPGA芯片完成数字信号的QPSK调制/解调。本发明应用于数字通信领域，可以把语音基带处理系统中待传输的模拟语音信号转换为数字基带信号，从而使用固定的频率在信道上传输。
[0020]本发明应用于数字通信领域，可以把语音基带处理系统中待传输的模拟语音信号转换为数字基带信号，从而使用固定的频率在信道上传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明的系统架构图；
[0022]图2是语首编码模块的电路原理图；
[0023]图3是语音译码模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0025]实施例一
[0026]附图1是本发明基于DSP和FPGA的语音基带处理模块的系统架构图，包括:DSP芯片、FPGA芯片、语音编码模块、语音译码模块、Flash芯片、总线驱动器、SRAM芯片、FPGA配置芯片、电源芯片、键盘/显示模块。其中DSP和FPGA是该系统的控制核心。
[0027]DSP芯片完成基带信号的处理，包括信号的信道编/译码、加入/提取信令、组/拆帧等操作。DSP使用的片内外设主要是McBSPl、McBSP2串行口，用来与语音编/译码电路和下级FPGA处理模块进行通信，实现数据的接收和发送。
[0028]FPGA芯片实现对DSP输出码流的QPSK调制与解调，此外也实现系统中的其他数字逻辑功能。
[0029]语音编码模块的电路结构如附图2所示，用于实现CVSD语音编码。其中信号放大滤波器对输入的低功率语音信号进行放大滤波，输出具有一定功率能驱动负载的语音信号，然后再对语音信号进行编码。
[0030]语音译码模块的电路结构如附图3所示，用于实现对数字信号的译码及语音信号的放大。
[0031]总线驱动器采用2片SN74LVTH16245，分别用于连接DSP与Flash芯片以及DSP与SRAM芯片，提高了 DSP总线的驱动能力。
[0032]Flash芯片连接到总线驱动器上。系统上电时，在引导程序的控制下，Flash芯片中的数据自动加载到DSP的片内RAM中，并自动运行。
[0033]SRAM芯片连接到另一总线驱动器上，作为DSP芯片扩展的外部数据存储器。
[0034]电源I是TPS73HD318芯片，输出3.3V和1.8V双路电压，其中3.3V电压供DSP和FPGA的1 口使用，1.8V供DSP的内核电流使用。
[0035]电源2是LD1117AS12TR芯片，输出1.2V电压，供FPGA的内核电路使用。
[0036]键盘/显示模块的作用是显示语音信号发送和接收过程中的数字信号值，通过按键对语音数字信号值进行存储及清除。
[0037]该语音基带处理模块的语音信号发送过程如下:
[0038]1.系统上电复位后进行DSP程序的加载、FPGA配置以及键盘/显示电路等外围设备的初始化工作。
[0039]2.语音经过话筒的变成音频信号，再经过语音编码模块的CVSD编码，变换成16kb/s的串行语音数据流。
[0040]3.语音数据流经过DSP的McBSP通道I输入到DSP芯片，DSP进行信道编码，加入信令和组帧信息，以增强纠错能力。然后通过McBSP通道2输出至FPGA进行后续处理。
[0041]4.为了增强纠错能力，FPGA将对输出码流进行QPSK调制，之后通过射频电路发射，实现数字语音的发送。
[0042]5.显示电路显示发送的语音数字信号值，通过键盘对语音信号进行存储及清除。
[0043]该语音基带处理模块的语音信号接收过程如下:
[0044]1.FPGA通过射频模块接收到数字语音信号，进行QPSK解调。
[0045]2.经QPSK解调后的信号通过DSP的McBSP通道2进入DSP，DSP完成信号的信道译码、提取信令和拆帧，然后经过McBSP通道I输出至语音译码模块。
[0046]3.语音译码模块将数据进行CVSD译码，转换成音频信号，并送至扬声器还原语音，至此完成语音信号的接收。
[0047]4.显示电路显示接收的语音数字信号值，通过键盘对语音信号进行存储及清除。
[0048]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统，包括: 数字信号处理器芯片，用于完成基带信号的处理，包括信号的信道编/译码、加入/提取信令、组/拆帧操作； 现场可编程门阵列芯片，对数字信号处理器输出的码流进行四相相移键控信号调制与解调，完成系统的译码和逻辑控制； 语音编码模块，用于对话筒的语音信号进行连续可变斜率增量调制语音编码； 语音译码模块，用于对数字信号处理器的数据进行译码； 闪存芯片，用来存放用户编写的系统程序； 总线驱动器，用来增强总线的驱动能力； SRAM芯片，作为数字信号处理器芯片扩展的外部数据存储器； 现场可编程门阵列配置芯片，用于存储现场可编程门阵列芯片的程序； 电源芯片，为系统提供工作电压； 键盘/显示模块，用来实现人机对话。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统，其特征在于，所述的数字信号处理器芯片直接与数字信号编解码器的工业标准接口，或通过串行口与ADC/DAC实现连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统，其特征在于，所述的语音编码模块包括信号放大滤波器和语音编码器。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字信号处理器芯片和现场可编程门阵列芯片的语音基带处理系统，其特征在于，所述的语音译码模块包括语音译码器和语音接收放大滤波电路。
【文档编号】G10L19/012GK104299616SQ201410472568
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】苏振宇, 于飞, 李前 申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司