语音信号处理及Blackfin DSP实现

第1章　语音处理与DSP语音处理系统1

1.1　引言1

1.2　语音处理的应用2

1.3　DSP语音处理系统6

1.3.1　DSP语音处理系统的构成7

1.3.2　DSP语音处理系统的特点7

1.3.3　DSP语音处理系统的设计8

1.3.4　DSP语音处理系统的开发9

1.4　DSP芯片10

1.4.1　DSP芯片简介10

1.4.2　ADI公司的DSP芯片11

习题与思考题16

第2章　语音处理的基础知识17

2.1　引言17

2.2　语音的波形及特性17

2.3　语音的产生19

2.3.1　发声器官19

2.3.2　语音的分类20

2.3.3　基音频率与共振峰21

2.3.4　语谱图22

2.4　汉语语音的基本特性23

2.4.1　声母和韵母23

2.4.2　元音和辅音24

2.4.3　汉语的声调24

2.5　语音信号的产生模型25

2.6　听觉系统和听觉特性27

2.6.1　听觉系统27

2.6.2　听觉特性28

习题与思考题30

第3章　Blackfin DSP的数值运算基础31

3.1　引言31

3.2　定点的基本概念31

3.2.1　数的定标31

3.2.2　数的转换33

3.2.3　溢出保护模式34

3.2.4　符号扩展模式35

3.2.5　舍入及截尾35

3.3　DSP定点运算的模拟实现36

3.3.1　加法/减法运算的C语言定点模拟36

3.3.2　乘法运算的C语言定点模拟38

3.3.3　除法运算的C语言定点模拟39

3.3.4　程序变量的Q值确定40

3.3.5　浮点至定点变换的C程序举例41

3.4　DSP定点运算实现的基本原理43

3.4.1　定点乘法43

3.4.2　定点加法44

3.4.3　定点除法45

3.5　非线性运算的定点实现方法48

3.5.1　级数展开法48

3.5.2　查表法48

3.5.3　混合法50

习题与思考题52

第4章　Blackfin DSP的硬件结构53

4.1　引言53

4.2　Blackfin　DSP的资源配置及引脚定义54

4.2.1　资源配置54

4.2.2　引脚定义58

4.3　Blackfin DSP的内核结构61

4.3.1　概述61

4.3.2　寄存器组61

4.3.3　算术逻辑单元（ALU）62

4.3.4　乘法器/累加器62

4.3.5　桶形移位器62

4.4　Blackfin DSP的存储空间62

4.4.1　片内存储器64

4.4.2　片外存储器64

4.4.3　I/O存储器65

4.5　Blackfin DSP的事件处理65

4.5.1　概述65

4.5.2　系统中断过程67

4.5.3　事件控制寄存器69

4.5.4　事件处理寄存器70

4.6　Blackfin DSP的DMA传输71

4.6.1　概述71

4.6.2　基于描述符的DMA传输71

4.6.3　基于寄存器的DMA传输72

4.6.4　存储器DMA（MDMA）73

4.7　Blackfin DSP的典型片内外设73

4.7.1　串行外设接口（SPI）74

4.7.2　同步串行接口（SPORT）74

4.7.3　异步串行接口（UART）75

4.7.4　并行外部接口（PPI）76

4.7.5　通用可编程I/O引脚PF77

4.7.6　实时时钟（RTC）77

4.7.7　定时器78

4.8　Blackfin DSP的时钟78

4.9　Blackfin DSP的电源管理80

4.9.1　动态电源管理控制器80

4.9.2　运行方式80

4.9.3　外设时钟81

4.9.4　动态电源电压控制82

4.10　Blackfin　DSP的内核模式82

4.10.1　概述82

4.10.2　用户模式83

4.10.3　监控模式83

4.10.4　仿真模式83

4.10.5　空闲状态84

4.10.6　复位状态84

4.11　Blackfin　DSP的安全特性84

4.12　Blackfin　DSP的引导模式85

习题与思考题86

第5章　Blackfin DSP的指令系统87

5.1　引言87

5.2　数据寻址方式87

5.3　Blackfin　DSP的指令约定88

5.4　Blackfin　DSP指令集92

5.4.1　程序流程控制指令92

5.4.2　加载/存储（LOAD/STORE）指令95

5.4.3　数据转移指令102

5.4.4　栈控制指令104

5.4.5　控制编码（CC）位管理指令107

5.4.6　逻辑运算指令110

5.4.7　位操作指令112

5.4.8　移位/循环指令115

5.4.9　算术运算指令119

5.4.10　外部事件操作（External　Event　Management）指令129

5.4.11　缓存（Cache）控制指令133

5.4.12　视频像素操作指令134

5.4.13　向量操作指令139

5.4.14　并行指令144

习题与思考题147

第6章　Blackfin　DSP集成开发调试环境VisualDSP++148

6.1　引言148

6.2　VisualDSP++软件的安装148

6.3　建立仿真环境150

6.4　C/C++编译器153

6.4.1　C/C++编译器简介153

6.4.2　数据类型153

6.4.3　在VisualDSP++中配置编译器154

6.5　汇编器154

6.5.1　汇编程序结构和语法154

6.5.2　预处理器155

6.6　链接器156

6.6.1　链接过程概述156

6.6.2　链接文件156

6.6.3　在VisualDSP++中配置链接器157

6.7　加载器158

6.8　调试实例与调试工具使用158

6.8.1　打开一个工程159

6.8.2　编译链接工程文件160

6.8.3　加载可执行文件161

6.8.4　调试（Debug）工程161

6.8.5　设置断点（Breakpoint）162

6.8.6　VisualDSP++调试工具的使用163

习题与思考题169

第7章　语音信号的时域分析及Blackfin　DSP实现170

7.1　引言170

7.2　语音短时分析技术170

7.3　语音时域参数提取172

7.3.1　短时能量和平均幅度172

7.3.2　短时平均过零率175

7.3.3　短时自相关分析177

7.4　语音时域参数的Blackfin　DSP实现183

7.4.1　短时平均过零率的Blackfin　DSP实现183

7.4.2　短时能量的Blackfin　DSP实现183

7.4.3　短时自相关分析的Blackfin　DSP实现184

习题与思考题186

第8章　语音信号的变换域分析及Blackfin　DSP实现187

8.1　引言187

8.2　FFT算法的基本原理187

8.2.1　DFT的基本原理187

8.2.2　FFT算法的导出188

8.3　语音信号的频域分析193

8.3.1　短时傅里叶变换193

8.3.2　短时傅里叶反变换199

8.3.3　语谱图202

8.3.4　频域分析应用——频域基音检测203

8.4　FFT算法的VisualDSP++编程实现206

习题与思考题208

第9章　语音信号的线性预测分析及Blackfin　DSP实现209

9.1　引言209

9.2　LP分析的基本原理209

9.3　LP正则方程的自相关解法和自协方差解法212

9.3.1　自相关解法212

9.3.2　自协方差解法213

9.4　自相关方程的杜宾递推算法214

9.5　模型增益G的确定218

9.6　LP分析的Blackfin　DSP实现221

习题与思考题230

第10章　语音处理系统的　Blackfin　DSP实现231

10.1　引言231

10.2　语音处理系统的硬件设计231

10.2.1　DSP硬件系统设计的一般步骤231

10.2.2　语音处理系统的原理图232

10.2.3　DSP基本硬件设计237

10.2.4　DSP　PCB布板基础247

10.3　语音处理系统的软件设计248

10.3.1　系统初始化248

10.3.2　中断服务程序编写251

10.3.3　主处理程序编写252

10.3.4　存储单元分配254

10.4　独立系统形成256

习题与思考题257

参考文献258

语音是人类相互之间进行交流和通信最方便和最快捷的一种手段，如何高效地实现语音处理、传输、存储或通过语音实现人机交互，是语音信号处理领域中的重要研究课题。 由邹霞等编著的《语音信号处理及Blackfin DSP实现》是作者以近几年来为本科生和研究生讲授语音信号处理及DSP实现相关课程的讲义为基础，结合多年从事语音信号处理及DSP开发的经验，参考相关著作和文献资料编写而成的。全书共十章节，内容包括语音处理与DSP语音处理系统，语音处理的基础知识，Blackfin DSP的数值运算基础等。由邹霞等编著的《语音信号处理及Blackfin DSP实现》基于ADI公司的高性能、低功耗Blackfin DSP，系统地介绍了语音信号处理的基础、原理、方法与DSP实现。本书首先对语音处理及DSP语音处理系统进行了概述，介绍了语音信号处理和DSP运算的基础知识；接着介绍了Blackfin DSP芯片的硬件结构和指令系统，并重点介绍了Visual DSP++集成开发环境；然后介绍了语音信号的时域分析、变换域分析及线性预测分析，并基于Blackfin DSP实现了有关算法；最后介绍了一个基于Blackfin DSP的语音处理系统的软、硬件设计方法，并以ADSP-BF533为例给出了应用实例。《语音信号处理及Blackfin DSP实现》的目的是使读者了解语音信号处理及Blackfin DSP芯片的基本原理和方法，初步掌握语音处理算法DSP实现的软、硬件设计和应用系统开发方法，具备从事语音信号处理算法与应用系统开发的初步能力。