基于DSP的語音實時變速系統設計*

　　摘要： 基于DSP的語音實時變速系統具有鍵盤控制功能和語音錄放功能，而且具有高速、通用、靈活的特點。

　　關鍵詞： 語音信號;變速;實時;DSP

　　引言

　　在外語多媒體教學中，要求對語速進行快慢控制，以適應不同程度學生的需求。然而，傳統的語音變速產品往往在教師改變語速的同時，也改變了原說話者的語調，不能達到教學的真正目的。因此，語音變速系統應當具備調整語速的同時，還需要保證原說話者語調保持不變的特點。本文介紹的就是一種基于TMS320C5409的語音實時變速系統。另外，考慮到在實際系統中語音的壓縮存儲和語音變速往往是同時需求的，因此本文提出一種基于LPC低比特率語音編碼算法的語音變速算法，該算法能夠任意調整語音語速。

　　LPC算法

　　LPC編碼將語音信號S(n)看作一個時變的聲道系統在聲門的激勵之下的輸出信號。對濁音而言，聲門激勵為一周期脈沖串;而對清音而言，聲門激勵為隨機噪聲序列。語音信號的簡化框圖如圖1所示。

圖1  語音信號的簡化框圖

　　在LPC編碼中，可以將一幀的語音信號用簡化模型的參數來表示，如濁音、清音判別，基音周期，增益G以及數字濾波器系數{a1}，這樣就可以獲得3kb/s的編碼。解碼時，由于在LPC編碼中，濁音可以看作是一周期脈沖串的激勵，其中，脈沖周期為基音周期，因此，為了改變語音的速率，我們將語音的幀長變長，在其中再加入若干的脈沖串的激勵即可得到變速的語音信號。

　　硬件系統設計

　　本系統是一個完善的應用系統，主要完成對語音信號的實時LPC編解碼及語音變速，此外，還具有鍵盤控制功能和語音錄放功能。因此，本系統不但需要外部的SRAM存放語音數據，而且需要與DSP相連接的鍵盤控制設備。本系統主要由TMS320C5409、TLC320AD50、SST39VF400A和CY7C133等構成，系統框圖如圖2所示。TMS320C5409內部提供的32K字片內RAM用來存放實時運行的程序和數據，片外SRAM(CY7C133)用于存放編碼后的語音數據。系統的工作過程如下：系統加電后，通過復位建使TMS320C5409復位。TMS320C5409復位后，由內部固化的自引導程序將Flash(SST39VF400A)上的程序和初始化數據搬移到片內RAM，然后TMS320C5409根據鍵盤的控制執行操作，運行LPC編碼運算(錄音)、LPC解碼和語音變速(放音)，調整語音變速速率。

圖2 系統框圖

　　TMS320C5409用于實現語音的編解碼算法，TLC320AD50用于完成語音信號的數/模和模/數轉換功能。TMS320C5409與TLC320AD50之間通過McBSP串口通信。為了減輕CPU的負擔，本系統中設計McBSP通過DMA收到或發送完一組單元后，再給CPU中斷的方式跟CPU通信。TMS320C5409與TLC320AD50的接口如圖3所示。

圖3  TMS320C5409與TLC320AD50的接口

　　采用DMA的方式，即串口每收到或發送一組單元，都會自動觸發DMA將其搬送到一個內部的Buffer中，等Buffer滿了再通過中斷方式告訴CPU處理。這時DMA最好采用ABU(Auto Buffering)模式，可以有效防止Buffer中的數據在串口速率較高時被新數據沖掉的問題。在進行語音變速時，只需要將DMA通道的幀長做相應的改變即可。

　　SST39VF400A(256K