基于MSP430的语音与音频压缩/解压缩技术

2019-08-02 17:00发布

引言
  采用微控制器 (MCU) 来实施语音记录器比较简单。许多 MCU 均采用集成模数 (A/D) 转换器。扩音器将捕获到的声音提供给放大器,然后再馈送给 A/D 转换器的模拟输入。可将录制的声音存储在闪存或 RAM 等存储器中,按下按钮就能触发 MCU 以播放录制到的声音,其原理是将存储的数据先提供给数模 (D/A) 转换器,然后再提供给音频功率放大器。
  利用 MSP430 很容易实现这种语音记录器。MSP430 微控制器利用集成外设来实现片上模拟信号链。此外,MSP430 的 CPU 处理能力非常强大,足以执行录制声音的压缩。
  压缩与解压缩算法
  举例来说,实现语音记录器的最简单办法就是将 A/D 转换器转换结果(如 12 位采样)直接存储在闪存中。音频数据大多数时间都不使用整个 A/D 转换器范围,也就是说,冗余数据也存储在闪存中。压缩算法可去除这些冗余信息,从而减小所存储数据的容量。
  自适应差分脉冲代码调制 (ADPCM) 就是此种类型的压缩算法。ADPCM 算法存在各种类型,但都使用量化器差分编码与量化器中自适应量化阶步长方案。在进一步讨论 IMA ADPCM 算法用于相关代码之前,我们首要来简单介绍一下差分 PCM 编码。
  差分脉冲代码调制 (DPCM)
  DPCM 通过使用当前采样与前一个采样的差值来对模拟音频输入信号进行编码。图 1 显示了DPCM 编码器与解码器的结构图。在本例中,我们用信号估算 Se(n) 而非前一个输入来决定信号差值 d(n),从而确保了编码器使用的信息与解码器相同。如果编码器使用的是上一个输入采样的话,那么就会造成量化的累积错误,从而使重建信号与原始输入信号不同。通过采用如图 1 所示的信号估算,我们能避免重建信号 Sr(n) 与原始输入信号出现差异。重建信号 Sr(n) 是预测器 (predictor) 的输入,其决定了下一个信号估算 Se(n+1)。


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7条回答
houjiakai
2019-08-03 07:27
MSP430FG4618 片上信号链解决方案
  我们用 MSP430FG4618 可以实现另一种片上信号链解决方案。MSP430F169 可支持 60 KB 的集成闪存,而 MSP430FG4618 则可支持 116 KB 的闪存。MSP430FG4618 的另一优势在于,它还集成了运算放大器模块。运算放大器可用于放大扩音器的输入及数模转换器的模拟输出。图 5 显示了 MSP430FG4618 信号链电路图。具体配置采用的是TI推出的 MSP430FG4618/F2013 试验板。该评估板可与相关代码示例配合使用。




  扩音器的输出信号非常小,必须放大。MSP430 的运算放大器可用于不同的运算模式。如果用于 PGA 模式,那么最大只能放大到 15 倍,对扩音器放大器来说还不够。因此,需要通过外部组件来加大增益。图 5 中的运算放大器 OA0 即用于通用放大器模式。放大器共有 8 种设置方式,可以使增益-带宽乘积和转换率等性能与电流消耗达到最佳平衡。图中的所有放大器 OA0、OA1 及 OA2 均采用了高性能模式(快速模式)。

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