來源：電子設計應用 作者：劉建偉 王蕾 牛濤 申建德 趙江海

    摘 要：本文介紹了一種新型列車語音記錄設備的系統(tǒng)架構(gòu)、特點和軟硬件實現(xiàn)方法。運用dsp技術對語音信號進行處理、壓縮和記錄，實現(xiàn)了機車語音聯(lián)控和列車當前狀態(tài)信息的記錄，進而規(guī)范乘務員的工作用語并協(xié)同監(jiān)控裝置分析行車故障。

    關鍵詞：a/d轉(zhuǎn)換；語音數(shù)據(jù)編碼；循環(huán)冗余校驗

    前言

    列車運行監(jiān)控記錄裝置在鐵路的安全運輸過程中發(fā)揮了巨大的作用，但不足的是沒有語音記錄功能。為了解決這個問題，按照鐵道部的技術要求，本文研究開發(fā)了一種新型列車語音記錄設備。該設備主要用于對乘務員機車聯(lián)控進行錄音，并可協(xié)同監(jiān)控裝置分析行車事故，為機務部門和運輸部門的科學管理提供新的技術手段。鑒于常見設備的技術指標及標準，對于語音的數(shù)字化，以16khz的采樣頻率、16位量化精度進行采樣，在編碼方面，采用mpeg-2壓縮編碼方式。

    硬件系統(tǒng)組成

    該語音記錄設備如圖1所示，整個系統(tǒng)由 adc、dsp、cpld控制器、flash大容量存儲器及l(fā)cd顯示屏等組成。

    在本系統(tǒng)中，adc用來完成信號的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)格式在16、18、20位之間可選，dsp為系統(tǒng)的核心數(shù)字處理器，功能強大，完成數(shù)字信號的壓縮編碼，cpld用于數(shù)據(jù)傳送的控制以及對adc、flash和lcd顯示屏等器件的初始化檢測設置， flash用來存儲數(shù)據(jù)， lcd顯示屏用來顯示當前系統(tǒng)的狀態(tài)，如運行等待和數(shù)據(jù)處理等。系統(tǒng)上電后，若有語音信號，則輸入adc，得到一串數(shù)字信號送入dsp 進行數(shù)據(jù)壓縮編碼，經(jīng)過壓縮編碼的數(shù)據(jù)由cpld存儲到flash中，整個系統(tǒng)以流水線的方式工作，數(shù)據(jù)的采集、壓縮編碼和存儲同時進行。

    a/d轉(zhuǎn)換器uda1341ts

    uda1341ts是由philips公司生產(chǎn)的一款單片立體聲a/d、d/a轉(zhuǎn)換器，工作電壓為3.0v，信噪比為97db，具有雙通道輸入功能，采樣頻率在16，32和44.1khz之間可選。

    uda1341ts與dsp構(gòu)成語音信號采集系統(tǒng)，主要涉及到位采樣時鐘(bck)、字同步時鐘(ws)、采樣數(shù)據(jù)輸出(datao)、系統(tǒng)時鐘輸入(sysclk)這幾個對時序有要求的引腳。系統(tǒng)中，datao作為輸出引腳，與dsp的bdr0引腳相連；bck、ws、sysclk作為輸入引腳，其時序由dsp供給。uda1341ts的系統(tǒng)時鐘只能是256fs、384fs、512fs，通過對狀態(tài)寄存器的sc0位和sc1位編程可實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘的選擇設置。這里fs是語音信號的采樣頻率。在采樣數(shù)據(jù)時，ws用來指明uda1341ts的datao輸出的有效數(shù)據(jù)。當系統(tǒng)對vinl(左聲道)端口進行采樣時，ws的上升沿表明一幀數(shù)據(jù)的起始，下降沿表明一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束；當系統(tǒng)對vinr(右聲道)端口進行采樣時，ws的下降沿表明一幀數(shù)據(jù)的起始，上升沿表明一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。

    圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

    uda1341ts提供了一個l3端口，利用cpld控制器對l3的l3data、l3mode和l3clock三個引腳進行編程，可以設置其內(nèi)部的寄存器。當l3mode引腳為低電平時，通過l3data引腳輸入寄存器地址信息；當l3mode引腳為高電平時，通過l3data引腳輸入有關寄存器設置的數(shù)據(jù)信息(如設置芯片系統(tǒng)時鐘頻率、數(shù)據(jù)輸入格式、芯片工作模式等)。uda1341ts與dsp的mcbsp(多通道緩沖同步串口)相連，各種同步信號由dsp產(chǎn)生，這樣就保證了新數(shù)據(jù)的正常接收以及已接收數(shù)據(jù)的正常處理。uda1341ts與dsp的硬件連接如圖2所示。

    語音編碼器tms320vc5402

    數(shù)字語音信號的壓縮需要大量的數(shù)字信號處理，一般單片機是無法完成的，所以本系統(tǒng)選用ti公司的dsp芯片tms320vc5402(以下簡稱c5402)對語音信號進行壓縮處理。

    c5402通過它的mcbsp與語音采樣轉(zhuǎn)換器uda1341ts通信。mcbsp提供了全雙工的通信機制，以及雙緩存的發(fā)送寄存器和三緩存的接收寄存器，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸，數(shù)據(jù)寬