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电路板克隆TMS320C6416的语音净化系统的研究

[日期:2012-06-08] [来源:http://www.pcbcool.cn/] [作者电路板克隆] [点击:]

    针对这一算法,设计了一套以TI的TMS320C6416 DSP(简称6416)芯片为内核的语音净化系统。6416的时钟速度高达720MHz,经过使用MSICA算法的测试,该系统可以实时地对语音识别的信号进行净化处理,有效地提高语音识别系统的抗噪性和鲁棒性。
    1 算法描述
    1.1 语音识别信号的混合模型
    1.1.1 卷积混合一般模型
    语音信号的混合模型已从瞬时模型发展到卷积模型,相比瞬时模型而言卷积模型更接近真实环境。麦克风所测是卷积混迭信号,即源信号及其滤波与延迟的混迭信号的线性组合再加上其它噪声,如(1)式所示。
    式(1)中,sj(t),j=1,…,N为信号源,且各源信号相互独立;xi(t),i=1,…,N为N个观测数据向量,其元素是各个麦克凤得到的输入。所以观测信号xi(t)是每个源信号sj(t)经过延时tij,并乘以因子aij(t)(冲击响应)后叠加,最后加上噪声ni(t)。
    1.1.2 针对语音识别的简化混合模型
    一般的语音识别只有一个麦克风,根据盲源分离理论,麦克凤数应不少于信源数,所以采用主副两个麦克风输入待识别语音,为简化处理假定只有主讲话者声音s1和背景噪声s2(此背景噪声包括经过延迟的回声)两个声源。可得如图1的混合模型。
    信号源s1到达两个麦克风的时间间隔为t21,且幅度值不同;s2到达两个麦克风的时间间隔为t12,幅度值也不同。pcb抄板又因为主信号源s1非常靠近两个麦克风,所以认为T21比T12小很多,且趋于零。于是得到相应的模型表达式的简化形式:
    x1(t)=s1(t)+a12s2(t-t12)+n1(t)   (2)
    x2(t)=a21s1(t-t21)+s2(t)+n2(t)
    1.2 MSICA算法及其实现步骤
    传统采用频域ICA(FDICA)或者时域ICA(TDICA)方法,单一的方法在真实环境中缺点很明显,分离效果在混响环境中受到很大影响。然而一种时频域结合多级分离的混合型ICA算法——MSICA算法可以有效解决这一问题。
    该算法主要由三个步骤组成:首先,利用FDICA的高稳态性的优点在一定程度上分离源信号;为了简化后续计算,白化FDICA分离出来的信号;接着,把白化后的FDICA输出信号当作TDICA的输入信号,并用TDICA分离线留的交叉干扰分量;最后,TDICA的输出信号即为分离信号。算法框图如图2所示。
    2 DSP硬件系统设计
    2.1 硬件结构
    为实现上述算法设计了DSP语音分离系统,该系统主要参数如下:
    ·TMS320C6416 DSP;
    ·16M words FLASH ROM;
    ·两个EMIF:64-Bit EMIFA和16-Bit EMIFB;
    ·133MHz的16MB SDRAM;
    ·两个16-bit立体声CODEC:TLV320AD50.
    TMS320C6416有很高的信号处理能力以及丰富的片内存储咕嘟和片内外设,电路板克隆且有两级内部存储结构。第一级L1缓存包含各为16KB的程序和数据存储器,第二级L2包含1024KB的存储空间。第一级只能作为缓存而第二级可以被设置为部分静态RAM和部分缓存。在语音净化系统中,设置L2为4通道256KB缓存和768KB静态RAM.这种配置使用了最大允许的缓存,是因为MSICA算法将处理大量的数据,访问外部存储器会有瓶颈,而大缓存可以将诸如中断服务程序、常用函数的代码、软件堆栈等关键数据段和反复使用的系数存储于片内存储器中,从而大大提高内部存储空间的使用效率。6416的两个多通道缓冲串口(McBSP)用作数据的输入输出端口。模拟接口芯片TLV320AD50可以提供16bit的数/模、模/数转换,最大转换率是22.5kHz.采样率为8kHz,两个TLV320AD50分别通过McBSP与TMS320C6416相连。两路混合语音信号通过模拟接口电路转化为数字信号,两路数字信号通过TMS320C6416的两个McBSP输入,根据语音特征存储中存储的语音特征进行语音分离,分离出纯净的特识别语音,进行语音识别,最后输出识别结果。系统框图见图3.

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