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2874赵瑞皎基于DSP的音频处理
基于DSP的音频处理
——DSP技术实训报告
学号
:
20112874
姓名
:
赵瑞皎
专业
:
信息工程
任课教师
:
刘展威
完成时间
:
2014年9月10日星期三
摘要
随着科学技术的飞速发展,人们对控制模型、控制算法要求越来越高,传统意义上的处理器很难满足发展的需求,而数字信号处理器DSP经历了20多年的发展与普及,应用领域几乎涵盖了所有的行业:
通信、信息处理、自动控制、雷达、航空航天、医疗、日常消费品等。
这次DSP的课程设计我选择的方向是图像处理,通过对实验箱的认识和学习,深入了解实验箱的基本架构及各个接口的使用,最后以教学系统SEED-DTK教学实验箱上的板SEED-DECxxxx为主控板,对图像进行相关的处理操作,处理主要包括图像的几何变换、图像增强及图像边缘检测等。
关键词:
DSP控制系统图像处理SEED—DTK实验箱
【Abstract】
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,peopleonthecontrolmodel,controlalgorithmshavebecomeincreasinglydemanding,theprocessorinthetraditionalsenseisdifficulttomeettheneedsofdevelopment,andadigitalsignalprocessor(DSP)hasexperienced20yearsofdevelopmentandpopularizationofapplicationareascoveringalmostallindustries:
communications,informationprocessing,automaticcontrol,radar,aerospace,medical,dailyconsumergoods.TheDSPcurriculumdesigndirectionIchosetheimageprocessing,throughtheexperimentalboxunderstandingandlearning,in-depthunderstandingofthebasicstructureandtheuseofvariousexperimentalboxinterface,andfinallytoboardteachingsystemSEED-DTKteachingexperimentalboxontheSEED-DECxxxxforthecontrolboard,theimageprocessingoperationsrelatedtotheprocessingincludingimagegeometrictransformation,imageenhancementandedgedetection.
【KeyWords】DSPcontrol-systemImageprocessingSEED-DTKbox
目录
第一章实验系统介绍IV
1.1系统概述IV
1.1.1SEED-DTK6437实验箱的配置IV
1.1.2实验箱特点V
1.2实验箱功能实现V
1.2.1SEED-DEC6437V
1.2.2SEED-MboardV
第二章调试工具安装与使用VI
2.1CCS3.3安装VI
2.2硬件仿真器的安装X
2.2.1SEED-XDS510PLUS的驱动安装X
2.2.2驱动程序的配置XI
第三章语音信号采集与分析XIII
3.1回声实验XIII
3.1.1实验内容和目的XIII
3.1.2数字回声原理XIII
3.1.3实现过程介绍XIII
3.1.4具体的设计过程XIII
3.2音频滤波实验XIV
3.2.1实验内容和目的XIV
3.2.2McBSP介绍XIV
3.2.3具体的实现过程XIV
第四章总结XV
参考文献XV
第一章实验系统介绍
1.1系统概述
SEED-DTK(DSPTeachingKit)是一套可以满足大学本科、研究生和教师科研工作的综合实验设备。
SEED-DTK是在总结以往开发的基础上,以独特的多DSP结构、强大的DSP主板功能、丰富的外围实验电路、精心设计的实验程序、精湛的产品工艺形成的高性能产品。
SEED-DTK6437实验箱由SEED-DEC6437板卡以及SEED-DTK_MBoard构成。
其中主控板是SEED-DEC6437,母板是SEED-DTK_MBoard板卡。
1.1.1SEED-DTK6437实验箱的配置
1)SEED-DTK6437实验箱由以下几部分构成:
采用TMS320DM6437,专用于数字媒体应用的高性能定点32-位处理器,工作主频最高达700MHz,处理性能可达5600MIPS
外扩DDR,容量为32M×32-位,最大可配为64M×32-位
外扩NorFlash,容量为4M×8-位
2路UART接口,接口标准分别为RS232和RS485
1路立体声LineIn音频输入,1路立体声Microphone音频输入,1路立体声音频输出
1路PAL制式模拟视频输入,1路PAL制式模拟视频输出,1路VGA视频输出
10M/100Mbase-TX标准以太网接口
1路CAN2.0总线接口
2)SEED-DTK_MBoard实验箱人机接口模块:
处理器为TMS320C5402DSP
SRAM:
64K×16-位(可扩展至256K×16位)
Flash:
256K×16-位(用于存放二级标准汉字库及驻留实验程序)
提供手动复位
1路RS232接口
2路8位0~+5.5V输出D/A
17键薄膜键盘
240*128大屏幕液晶显示
交通灯演示模块
1.1.2实验箱特点
独具匠心设计的双DSP结构,可以完成DSP间的通讯实验
各模块丰富的资源,最大化满足实验要求
全数字化实验过程,包括高精度信号发生器
丰富多彩的实验,可以满足多种专业的教学要求
内容详实的实验手册和实验报告
公开的底层函数,提供实验可扩展性
精湛的产品设计和加工工艺,体现出的专业产品制造
1.2实验箱功能实现
1.2.1SEED-DEC6437
实验箱中SEED-DEC6437工作状态如下:
Boot模式:
采用CE8位宽度的外部FLASH;
串口通讯:
采用的是A/B通道异步串行接口,RS232全双工方式;
音频输出:
立体声输出左、右声道耳机驱动输出;
边沿模式:
小端模式(little-endian)。
1.2.2SEED-Mboard
实验箱中本模块工作状态如下:
(1)工作方式的选择;
SEED-DTK_MBoard的工作模式为MC工作方式。
(2)BOOT模式;
当SEED-DTK_MBoard处于MC工作方式时,只能用FLASH引导方式,既程序存放在FLASH中,上电或复位后,DSP将FLASH中的程序BOOTLOAD到SRAM中,程序在SRAM中运行。
(3)工作频率;
使用10MHz外部频率输入;当复位后,PLL硬件初始化设置为5倍频。
其芯片管脚CLKMD3~CLKMD1设置为010;便于DSP读取FLASH的程序。
系统工作正常后,可通过设置CPU的寄存器CLKMD,将PLL设为需要的倍频数。
(4)串口通讯;
MCBSP0用于UART通讯,因MCBSP是一种同步串口,而UART是一种异步串口,所以VC5402没有直接和UART通讯的片内外设,只有通过软件方式,用MCBSP和DMA来完成UART通讯功能,在硬件电路上,BDX0作为数据发送端,BDR0和BFSR0作为数据接收端。
MCBSP1用于与SEED-DEC6437的MCBSP串口通讯。
(5)增强型HPI口
SEED-DTK_MBoard使用HPI口作为GPIO口,用做键盘扫描,HPI口的HD0-HD3,XF做输出,工作时置为0,而HD4-HD7,BIO做输入,工作时接上拉电阻,实现键盘操作。
第二章调试工具安装与使用
2.1CCS3.3安装
安装TIDSP开发环境CCS3.3,步骤如下:
第一步:
双击安装光盘中的setup.exe图标,进入安装界面:
第二步:
点击next,进入下一步操作:
第三步:
确保系统满足CCS3.3最小需求,然后点击next:
第四步:
选择同意协议,然后点击next进入下一步安装:
第五步:
选择TypicalInstall,点击next:
第六步:
选择安装路径,默认为C:
\CCStudio_V3.3:
第七步:
确认安装信息,点击InstallNow,等待程序安装:
第八步:
程序安装完毕,进入结束界面:
第九步:
安装03.ExamplesofProgram\03.HostPC目录下的SR12_CCS_v3.3_SR_3.3.82.13文件,安装默认,将CCS升级到CCS3.3.82.13版本。
2.2硬件仿真器的安装
2.2.1SEED-XDS510PLUS的驱动安装
(1)将SEED-XDS510PLUS仿真器的USB插头插入PC机的USB插槽中,启动计算机后识别SEED-XDS510PLUS硬件,识别后安装其驱动程序;
(2)双击\Setup\SEED-XDS510PlusEmulatorforCCS3.3Below文件(此文件是仿真器所配的光盘的内容);
(3)按照提示依次执行,同时默认路径为CCS的安装路径;
(4)安装完毕后打开控制面板查看系统中的设备管理器,出现如下结果,证明硬件连接成功,否则需检查硬件是否连接正确和USB驱动安装是否安装正确;
(5)将仿真器JTAG插头与实验箱主控板SEED-DEC6437的JTAG插头J1相连,打开实验箱电源开关。
观察SEED-DTK_MBoard单元的+5V、+3.3V、+15V、-15V的电源指示灯以及SEED-DEC6437的D4电源指示灯是否均亮;若有不亮的,请断开电源,检查电源。
2.2.2驱动程序的配置
如果已经进行过配置,则不需要再进行配置了。
1.双击桌面上的SetupCCStudiov3.3。
“Remove”原有的设备驱动程序配置;
2.根据DSP的型号选择相应的仿真器驱动程序,本实验箱采用SEED-DEC6437、
SEED-XDS510PLUS仿真器;故选择C6437SEEDXDS510PLUSEmulator;
3.在FactoryBoards栏中根据Family:
C64x+Platform:
SEEDXDS510PLUS选
出目标仿真器如下;
4.选中”C6437…”,点击Add按钮,将C6437SEEDXDS510PLUSEmulator的配置
文件添加到MySystem,如下图所示;
5.点击"Save&Quit",关掉CCSsetup;
6.启动CCS,出现CCS调试界面。
第三章语音信号采集与分析
3.1回声实验
3.1.1实验内容和目的
(1)系统初始化;
(2)数据采集;
(3)数据存放、发送;
(4)了解AIC23的工作原理;
(5)掌握AIC23和McBSP之间的配置;
3.1.2数字回声原理
在实际生活中,当声源遇到物体时,会发生反射,反射的声波和声源声波一起传输,听
者会发现反射声波部分比声源声波慢一些,类似人们面对山体高声呼喊后可以在过一会儿听
到回声的现象。
声音遇到较远的物体产生的反射会比遇到较近的物体的反射波晚些到达声源
位置,所以回声和原声的延迟随反射物体的距离大小改变。
同时,反射声音的物体对声波的
反射能力,决定了听到的回声的强弱和质量。
另外,生活中的回声的成分比较复杂,有反射、
漫反射、折射,还有回声的多次反、折射效果。
当已知一个数字音源后,可以利用计算机的
处理能力,用数字的方式通过计算模拟回声效应。
3.1.3实现过程介绍
初始化配置:
DSP通过I2C总线将配置命令发送到AIC23,配置完成后AIC23工作。
语音信号的输入:
AIC23通过其中的AD转换采集输入的语音信号,每采集完一个信号后,将数据发送到DSP的McBSP接口上,DSP可以读取到语音数据,每个数据为16位无符号整数,左右通道各有一个数值。
语音信号的输出:
DSP可以将语音数据通过McBSP接口发送给AIC23,AIC23的DA器件将他们变成模拟信号输出。
3.1.4具体的设计过程
1.将DSP仿真器与计算机连接好;
2.将DSP仿真器的JTAG插头与SEED-DEC6437单元的J9相连接;
3.打开SEED-DTK6437的电源。
观察SEED-DTK_Mboard单元的+5V、+3.3V、+15V、-15V的电源指示灯以及SEED-DEC6437单元电源指示灯D4是否均亮;若有不亮的,请断开电源,检查电源。
4.将耳麦插入SEED-DEC6437的J17Audiolineout,音频线连接计算机音频输出SEED-DEC6437的J15的Audiolinein。
实验步骤
1.打开CCS,进入CCS的操作环境。
2.打开3.5.1mp3echo文件夹,装入echo.pjt工程文件。
3.装载程序echo.out,进行调试。
4.在DSP程序运行之前,应在PC机上播放音乐作为Codec的输入。
5.运行程序之后,可从耳机中听到带数字回声的音乐放送。
3.2音频滤波实验
3.2.1实验内容和目的
(1)了解TLV320AIC23B工作的基本原理,了解编码与解码的过程;
(2)理解DSP的MCBSP的工作原理;
(3)熟悉DSP与TLV320AIC23B的控制与数据传输的过程;
(4)DSP的初始设置;
(5)AIC23的配置;
3.2.2McBSP介绍
McBSP是MultichannelBufferedSerialPort的缩写,即多通道缓冲串行接口。
它是一种
功能很强的同步串行接口,具有很强的可编程能力,可以直接配置成多种同步串口标准,直接与各种器件无缝接口。
McBSP主要包括以下机组功能引脚:
位时钟:
CLKX,CLKR
帧同步:
FSX,FSR
数据:
DR,DX
McBSP为同步串行通信接口,其协议包含:
串行数据起始时刻:
称为帧同步事件,帧同步事件由位时钟采样帧同步信号给出。
串行数据位长度:
串行传输的数据流达到设定的长度后,便结束本次传输,并等待下一
个帧同步信号的到来,再发动另一次传输。
串行数据传输速度:
即每一个串行位的传输时间,由位时钟决定。
FSR(FSX)、CLKR(CLKX)和DR(DX)三者之间的关系,即它们如何取得帧同步事件、何时采样串行数据位流、或何时输出串行数据位流是可以控制的。
通过配置McBSP的寄存器就可以实现上述目的。
3.2.3具体的实现过程
1 将DSP仿真器与计算机连接好;
2 将DSP仿真器的JTAG插头与SEED-DEC6437单元的J9相连接;
3 打开SEED-DTK6437的电源。
观察SEED-DTK_Mboard单元的+5V、+3.3V、+15V、-15V的电源指示灯以及SEED-DEC6437单元电源指示灯D4是否均亮;若有不亮的,请断开电源,检查电源;
4 将耳麦插入SEED-DEC6437的J17(Audiolineout),音频线连接计算机音频输出和SEED-DEC6437的J15(Audiolinein)。
5 打开CCS,进入CCS的操作环境。
6 打开3.3.6REV文件夹,装入REV_test.pjt工程文件,添加DEC6437.gel文件。
装载程序REV_test.out,进行调试。
7 打开REV_test.c文件,到第5行,修改TESTCOMMAND的宏定义。
TESTCOMMAND是操作控制选项,可以为1、2这2个数。
1为试听;2为录音并回放。
如果TESTCOMMAND宏定义为1(试听状态),播放音乐,运行程序,可在耳机
里接听电脑播放的音乐。
8 如果TESTCOMMAND宏定义为2(录音并回放),则可在REV_test.c文件的第118行“for(j=0;j<0x200000;j++)”处设置断点,运行程序。
由于录音需要一定的时间,所以程序大约需运行20秒左右才会停止在断点处,表明录音结束。
9 继续运行程序,进行录音回放,此时耳机里可听到SDRAM里存储的声音。
第四章总结
DSP作为嵌入式处理器家族的一大类,其结构特点决定了它尤其适合做数字信号处理的应用,而学好数字信号处理对日后的信息处理的深入学习和应用有着重要意义,因而学好DSP技术也就有着深远的意义。
通过此次课程设计我学习了一个实际的电子系统的完整的设计流程,掌握了PCB
设计软件Altium Designer的使用方法,并熟悉了CCS工程的建立和基于TMS320VC5416的DSP程序的编写。
参考文献
(1)高海林,钱满义。
DSP技术及其应用。
清华大学出版社,北京交通大学出版社。
2009
(2)张雄伟,曹铁勇,陈亮,杨吉斌等。
DSP芯片的原理与开发应用(第4版)。
电子工业出版社,2009陈金鹰。
DSP技术及应用。
机械工业出版社,2004
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