麦克风阵列信号采集系统的设计

2019-07-29 16:26发布

为传统的语音拾取工具,单个孤立麦克风在噪声处理、声源定位和跟踪,语音提取和分离等方面存在不足,严重影响了语音通信质量。如果使用多个麦克风组成阵列,在时频域的基础上增加一个空间域,对来自空间不同方向的信号进行实时处理,就可以弥补上述不足。现在已有的麦克风阵列采集处理系统中,大多采用4路麦克风阵列,这类系统虽然在一定程度上能解决语音增强、噪音抑制、声源定位和回声抵消等问题,但由于4个麦克风个数较少,只能组成一字线阵,十字阵等几种特定的阵列形状,三维空间的方向及距离判断有较大的误差。设计的16通道麦克风采集系统能够组成麦克风面阵,弥补了上述不足,较好地解决了三维空间信号位置判断的问题。

一、硬件系统设计

该硬件系统主要包括16路麦克风构成的阵列、A/D采样模块、DSP数据处理模块、PC机,如图1所示。

1.jpg
.1麦克风阵列

该系统中,麦克风阵列选用声望公司的MPA416传声器。MPA416传声器的灵敏度可达50 mV/Pa;拥有低本底噪声;频率响应范围20 Hz~20 kHz;当其用于阵列时,MPA416的相位差能控制在3°~5°,能满足系统对精确度和稳定性的要求。

1.2A/D采样模块

A/D采样模块由4片PCM4204以及其外围电路组成。PCM4204内置了4个同步采样通道,支持音频串口和DSD数据口。音频串口模式时,输出24位线性PCM码,有主、被动两种工作模式,支持左、右对齐,I2S和TDM数据格式,动态范围为118 dB,最高采样频率216 kHz。系统选用1片PCM4204采用主动工作模式,其余3片PCM4204采用被动工作模式。通过音频串口将外部采集的模拟声音信号转化为24位I2S格式数字信号。由于前端麦克风阵列的输出信号不是差分信号,而PCM4204要求输入信号为差分信号,同时要求输入差分信号幅值在-0.3~-0.3+VccV之间,因此其每路信号的前端都应有一个缓冲电路,用来将所接收的麦克风信号转换为差分信号并对幅值进行调整。缓冲电路主要由OPA1632和OPA22组成,OPA1632和OPA227是高精度、音频差分放大器,缓冲电路如图2所示
2.jpg
友情提示: 此问题已得到解决,问题已经关闭,关闭后问题禁止继续编辑,回答。
4条回答
tianli1980
2019-07-29 21:40
1.3 DSP数据处理模块

设计中数据处理模块选择TI公司浮点DSP芯片TMS320C6713作为模块核心。TMS320C6713为高性能32位浮点DSP,适用于专业音频信号处理,其主频可达300 MHz,处理速度高达2 400 MIPS/1 800 MFLOPS。其内部采用改进的哈佛结构;具有256 kB的片内存储空间;丰富的外设包括两个多通道缓冲串口(McBSP)、两个多通道音频串口(McASP)、SPI和I2C等;增强的直接存储器访问(EDMA)控制器,可控制16个独立通道完成不受CPU干预的数据传输;32 bit的外部存储器接口(EMIF),能与SRAM、ERPOM、Flash、SBSRAM和SDRAM无缝连接。DSP数据处理模块框图如图3所示。其中,TMS320C6713通过McASP与前端的A/D采样模块相连,并利用EDMA数据传输速度快、传输量大,且不占用CPU时钟周期的特点,将采集数据转存至TMS320C6713的片内存储空间。TMS320C6713外接CPLD控制EMIF接口,通过对EMIF接口上CE3空间的控制,控制USB芯片CY7C680 01,完成TMS320C6713与PC机平台间的USB数据传输。
1.jpg


1.4 A/D采样模块与DSP数据处理模块接口设计

4片PCM4204芯片与TMS320C6713的McASP1相连接,其连接示意图如图4所示。

2.jpg

图4中,PCM4204 A采用主动工作模式,PCM4204B、PCM4204C和PCM4204D采用被动工作模式。系统采用I2S数据格式,PCM4204A的SDOUT1输出的是1和2通道的数据,SDOUT2输出的是3和4通道的数据;PCM4204B的SDOUT1输出的是5和6通道的数据,SDOUT2输出的是7和8通道的数据;PCM4204C的SDOUT1输出的是9和10通道的数据,SDOUT2输出的是11和12通道的数据;PCM4204D的SDOUT1输出的是13和14通道的数据,SDOUT2输出的是15和16通道的数据。

通过配置芯片引脚S/M、FMT2、FMT1、FMT0、FS2、FS1和:FS0对PCM4204进行设置。

1.5 DSP数据处理模块USB接口设计

TMS320C6713通过EMIF的CE3存储空间可以外扩USB2.0接口,因此在对外扩USB进行读/写访问前,需要通过EMIF的CE3控制寄存器CE3C-TL来配置CE3空间存储器接口的类型、存储器宽度及读写时序。CY7C68001采用并行异步存储器接口通过可编程逻辑芯片CPLD与TMS320C6713相连,其原理框图如图5所示。

3.jpg

一周热门 更多>