基于TMS320C5402的语音信号压缩存储系统设计

近年来，随着多媒体信息技术和网络技术的高速发展，数字语音压缩技术的应用领域越来越广泛，尤其在可视电话、IP网络电话、数字蜂窝移动通信、综合业务数字网、公共交换电话网和话音存储转发系统等领域中，需要在保证语音一定质量的前提下尽可能降低其编码比特率，便于在有限的传输带宽内让出更多的信道用于传送图像、文档、计算机文件和其他数据流。本文研究A律压缩算法的应用，给出音频接口芯片TLC320AD50C与TMS320C5402的接口设计，以实现语音信号的压缩、存储和回放。
1 语音信号压缩原理
μ/A律压缩解压编码是国际电报电话协会CCITT(Consultative Committee for International Telegraph and Telephone)最早推出的G.711语音压缩解压编码。其中欧洲和中国等国家采用A律压缩解压编码，美国和日本等国家采用μ律压缩解压编码。由于本系统采用A律压缩解压算法，这里只介绍A律压缩原理。
A律压扩的数学解析式为：

式中：y为输出信号；x为输入信号；A为压缩系数。
由上式得知，小信号时为线性特性，大信号时近似为对数特性。这种压扩特性常把压缩、量化和编码合为一体。A律可用13段折线逼近(相当于A=87.6)，便于用数字电路实现[1]。13段折线的压缩特性如图1所示。图1分段为x取正值时的情况，而x取负值时，压扩特性与x取正值成奇对称，在正8段和负8段中，正1、2段和负1、2段斜率相同，合为一段，所以原来的16段折线变为13段折线。

在进行A律压缩时，采样后的12 bit数据，默认其最高位为符号位，压缩时要保持最高位即符号位不变，原数据的后11 bit要压缩成7 bit。这7 bit码由3 bit段落码和4 bit段内码组成。压缩变换后的数据根据后11 bit数据大小决定。具体的编码表如表1所示。

2 系统硬件接口设计
本系统实现的是G.711标准A律压缩编码的语音处理过程。系统以TMS320C5402为核心，完成语音压缩、存储、解压功能。语音采集与输出模块采用TI公司推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片TLC320AD50C，内置输入和输出放大器，且对输入和输出都具有可编程增益调节。
2.1 模拟接口设计
模拟信号输入电路如图2所示。语音信号放大器经过前端放大器TLC2272ACD放大、带通滤波、单输入信号转换为差分信号后，送入AD50C的A/D转换器的差分输入端（INP和INM）。A/D转换器将输入的模拟信号转换为以二进制补码表示的数字信号。

模拟信号输出电路如图3所示。经D/A转换、工字电感器内部低通滤波恢复的模拟信号从AD50C的OUTP管脚输出。外部放大滤波电路选用LM356运算放大器，放大后的信号送扬声器还原成声音。

2.2 数字接口的设计
TLC320AD50C支持与TMS320C5402无缝对接，接口电路如图4所示。将TLC320AD50C设置成主动工作模式，输入主时钟MCLK为8.192 MHz，采样频率选择为8 kHz，内部PLL使能（控制寄存器4中的N=8）[2]。通过寄存器设置，将TMS320C5402的FSX、FSR、CLKR、CLKX配置为外部输人，TLC320AD50C的SCLK配置为内部产生。数据接收/发送帧同步信号、移位时钟信号均由TLC320AD50C产生，串行口的接收/发送过程受TLC320AD50C的控制。

3 系统软件接口设计
系统程序流程图如图5所示，软件设计工作主要包括以下几方面：

(1)TMS320VC5402串口的初始化。首先将DSP串口0复位，再对串口0的寄存器进行编程，使DSP串口工作在以下状态：以SPI模式运行，每帧一相，每相一个字，每字16 bit，帧同步脉冲低电平有效，并且帧

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