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
2019-07-30 05:41
二、 程序设计


2.1 McASP接口程序设计

定义了4个寄存器组:全局寄存器组globalRegs、发送寄存器组xmtRegs、接收寄存器组mvRegs和串行化器控制寄存器组srctlRegs。通过这4个寄存器组,对McASP1的PFUNC,PDIR,SRCTL,RFMT,AFSRCTL,ACLKRCTL及AHCLKRCTL等寄存器进行设置。各寄存器组所包含的主要寄存器情况如表2所示。

1.jpg
依据PCM4204的I2S数据格式,将接收帧同步信号的宽度定为32 bit,接收延迟设置为1个delay;AXR[0]~AXR[7]设置为接收模式。

2.2 EDMA传输程序设计

为保证数据的完整性,选用Ping-Pong模式对EDMA传输进行配置,Ping缓存存放如表3所示,Pong缓存与Ping缓存结构相同。

2.jpg
依据Ping、Pong缓存数据格式,对EDMA接收进行配置,即对:EDMA的opt,src,cnt,dst,idx,及rld寄存器分别进行设置。通过opt寄存器设置数据长度为32 bit,源数据和目的数据为一维方式,源地址固定,目的地址采用索引,启用帧同步等。源地址和目的地址分别写入src,dst寄存器。cnt寄存器主要用于配置帧计数和单元计数。由于采用I2S的数据格式,所以1帧数据只包含2个单元数据。通过配置idex及rld寄存器,目的数据可以按照设定的索引方式存储。


2.3 DSP端OSB接口程序设计

首先,通过调用用户的初始化函数,使能外部中断并初始化USB寄存器。之后,程序通过数据传输函数,完成DSP与PC机的数据传输。

USB初始化程序配置如下:

(1)使能外部中断6(EXT_INT6)。

(2)加载USB描述表,并进行自举检测,如自举不成功,则重新自举,直到端点0收到设置包为止。

(3)配置USB为异步从FIFO(Asynchronous SlaveFIFO)模式,采用内部48 MHz时钟源。

(4)读取FNADDR寄存器,判断USB工作状态。

(5)依据USB工作状态,配置EP2、EP4、EP6、EP8,并设置一次传送的Byte长度。设置EP2、EP4为BULK OUT,EP6、EP8为BULK IN,其缓冲大小分别为2×512 Byte。

在数据传输过程中,PC端通过EP2向DSP发送读数据命令,DSP通过外部中断收到读命令后,使用EP6发送已采集好的数据。在声音数据采集系统中,每路麦克风以96 kHz进行24位采样,按照ping-pong方式进行存储。在传输过程中还需进行判断,当采集数据存储在ping缓存时,发送pong缓存中的数据,当采集数据存储在pong缓存时,发送ping缓存的数据。由于TMS320C6713通过EMIF的CE3存储空间可以外扩USB2.0接口,需对EMIF接口的CE3寄存器进行配置,将USB接口设为16位异步存储接口,设定读/写的建立时间(Setup)、促发时间(Strobe)、保持时间,使其满足CY7C68001的读/写时序要求。

2.4 PC机平台应用程序设计

PC端接口程序采用VC++6.0编写,首先调用OpenDriver()打开USB接口设备,获得设备的句柄hDevice,之后调用Sx2SendVendorReq()函数向外设发出命令,读取USB配置,最后调用Sx2BulkdataTrans()进行数据传输,通过调用CFile类将接收到的数据存放在文本文件中。程序使用多线程技术,使得应用程序将USB数据传输在后台进行处理,应用程序前台还可进行其他操作。

一周热门 更多>