基于TMS320C6727的回放系統(tǒng)與音頻采集處理設(shè)計

1、    基于TMS320C6727的回放系統(tǒng)與音頻采集處理設(shè)計引言自從出現(xiàn)以后，數(shù)字信號就迅速打破了原來模擬信號一統(tǒng)天下的局面。音頻處理算法隨著音頻處理技術(shù)的發(fā)展變得越來越復(fù)雜，實現(xiàn)這些算法如果采用傳統(tǒng)的模擬信號處理的辦法成本高，難度大，有些都無法實現(xiàn)。由于數(shù)字信號處理器(DSPs)速度的不斷提高，這些復(fù)雜的音頻處理算法可以很容易地通過DSPs實現(xiàn)，因此目前采用DSPs實現(xiàn)很多音頻處理。但是因為原始的音頻信號都是模擬信號，想要采用數(shù)字信號處理技術(shù)進行音頻處理，要解決的就是引言自從出現(xiàn)以后，數(shù)字信號就迅速打破了原來模擬信號一統(tǒng)天下的局面。音頻處理算法隨著音

2、頻處理技術(shù)的發(fā)展變得越來越復(fù)雜，實現(xiàn)這些算法如果采用傳統(tǒng)的模擬信號處理的辦法成本高，難度大，有些都無法實現(xiàn)。由于數(shù)字信號處理器(DSPs)速度的不斷提高，這些復(fù)雜的音頻處理算法可以很容易地通過DSPs實現(xiàn)，因此目前采用DSPs實現(xiàn)很多音頻處理。但是因為原始的音頻信號都是模擬信號，想要采用數(shù)字信號處理技術(shù)進行音頻處理，要解決的就是音頻采集處理和輸出系統(tǒng)等問題。本文介紹了一個8路模擬音頻輸入、8路模擬音頻輸出、1路數(shù)字信號輸入和1路數(shù)字信號輸出的音頻處理系統(tǒng)。分析系統(tǒng)的硬件連接和功能實現(xiàn)方法，以及系統(tǒng)的軟件工作原理。1 設(shè)計方案系統(tǒng)設(shè)計框架如圖1所示。數(shù)字信號處理器選用TI公司的32位浮點DSPs

3、 TMS320C6727，AD轉(zhuǎn)換部分采用2片TI公司的音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片PCM4204，DA轉(zhuǎn)換部分采用2片TI公司的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片PCM4104，數(shù)字信號接收部分選用數(shù)字音頻接收接口芯片DIR9001。TMS320C6727是TI公司推出的一款專門用于音頻信號處理的高速、浮點DSPs。其高達300MHz的頻率再加上32位的浮點處理能力，使得它可以輕松運行各種復(fù)雜的音頻處理算法，滿足系統(tǒng)實時性的要求。另外其本身帶有3個McASP接口，支持I2S、TDM、SPDIF等多種音頻傳輸格式，可以實現(xiàn)與其他音頻設(shè)備的無縫連接。PCM4204與PCM4104分別是4通道、24位、216kHz采樣頻率的模

4、數(shù)和數(shù)模芯片。其中PCM4204支持左校驗、右校驗、I2S等數(shù)據(jù)傳輸格式，且主從模式可以設(shè)置；PCM4104支持左校驗、右校驗、I2S等數(shù)據(jù)傳輸格式，軟靜音(soft mute)模式，軟硬兩種控制方式可供選擇。.DIR9001用于接收采樣頻率在24108 kHz之間的雙相編碼信號，輸出格式為I2S、左校驗、右校驗等。2 硬件電路音頻系統(tǒng)硬件電路分為音頻采集、音頻回放和通信3個部分。音頻采集部分實現(xiàn)模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號并傳入TMS320C6727；音頻回放部分實現(xiàn)數(shù)字音頻信號從TMS320C6727輸出并轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號驅(qū)動揚聲器；通信部分實現(xiàn)與其他音頻設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。音頻數(shù)據(jù)的采

5、集傳輸與通信都通過TMS320C6727的McASP口完成。TMS320C6727有3個McASP口：McASP0、McASPl、McASP2口。其中McASP0口有16個串行數(shù)據(jù)口AXR0AXRl5，McASPl有6個串行數(shù)據(jù)口(共用AXR8AXRl3)，McASP2有2個串行數(shù)據(jù)口(共用AXRl4、AXRl5)。音頻采集與回放使用McASPO的AXR0AXR7，音頻數(shù)據(jù)通信發(fā)送采用McASP0的AXRl4，接收采用McASP2口。PCM4204與PCM4104的時鐘由PLL1707組成的時鐘電路產(chǎn)生，時鐘頻率為24576 MHz(256fs，fs為采樣頻率)。每個McASP口的接收數(shù)據(jù)時鐘

6、和發(fā)送數(shù)據(jù)時鐘是相互獨立的，并且都有自己的主時鐘(AHCLK)，當McASP接口為I2S提供時鐘信號時，BCK和LRCK除可以從系統(tǒng)時鐘得到外還可以從AHCLK分頻得到。21 音頻采集電路音頻采集電路連線圖由圖2給出。因為本文重點不在前端調(diào)理電路，所以圖中只給出了PCM4204與TMS320C6727的MeASP0口之間的硬件連接關(guān)系。PCM4204有MasterSlave(主從)兩種工作模式：當工作在Master模式時，PCM4204產(chǎn)生BCK信號和LRCK信號；當工作在Slave模式時，PCM4204接收BCK信號和LRCK信號。TMS320C6727的McASP接口同樣可以接收BCK信號

7、和LRCK信號?？紤]到McASP接口的BCK信號和LRCK信號由DSPs的內(nèi)部時鐘分頻得到，無法得到音頻所需的精確時鐘信號，因此BCK信號和LRCK信號由PCM4204產(chǎn)生。為了防止2片PCM4204同時設(shè)為Master模式而造成時鐘信號混亂，把其中一片設(shè)置為Master模式，另一片設(shè)置為Slave模式。工作在Master模式的PCM4204同時為McASP0口的接收時鐘和另一片PCM4204提供BCK信號和LRCK信號。.McASP0口的AXR0AXR3設(shè)置為接收模式分別與2片PCM4204的信號輸出端相連，用于接收從PCM4204發(fā)出來的串行數(shù)字音頻信號。22 音頻回放電路音頻回放電路完成

8、數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)化和播放。音頻回放部分連線圖如圖3所示。McASP0口的AXR4AXR7設(shè)置為發(fā)送模式并與PCM4104的信號輸入腳相連，實現(xiàn)串行數(shù)字音頻信號的回放。23 音頻通信電路音頻通信電路能夠?qū)崿F(xiàn)音頻系統(tǒng)與其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸格式為SPDIF，采用雙相標識編碼(BiphaseMark Code，BMC)。McASP接口支持該傳輸方式，可以直接從McASP口輸出。對于信號接收，通過數(shù)字音頻解調(diào)芯片DIR900l把BMC信號轉(zhuǎn)化成I2S格式并傳輸給McASP2口的接收端。硬件連接如圖4所示，McASP2作為接收端，接收經(jīng)DIR9001解調(diào)后的數(shù)字音頻信號。MeASP2的AXR

9、l5端口設(shè)為輸出端口，以BMC格式輸出音頻數(shù)據(jù)。31 PCM4204設(shè)置PCM4204的控制引腳用于設(shè)置其工作方式。其中引腳SM用于選擇主從模式，F(xiàn)SO、FSl、FS2用于選擇采樣模式(sampling mode)，F(xiàn)MTO、FMTl、FMT2用于選擇音頻數(shù)據(jù)格式(audio data format)。2片PCM4204的引腳配置如下：.PCM4204有3種工作模式：Single Rate、DualRate和Quad Rate。根據(jù)以上配置信息，PCM4204采樣模式設(shè)置為Dual Rate模式；采樣頻率fs為系統(tǒng)時鐘的1256，即96 kHz；數(shù)據(jù)輸出格式為I2S。32 PCM41 04的配

10、置PCM4104分為軟件配置和硬件配置，本設(shè)計采用硬件配置。其中引腳FSO、FSl用于配置采樣模式；FMTO、FMTl、FMT2用于選擇接收數(shù)字音頻信號的格式；DEM0、DEMl用于選擇去加重。其配置如下：PCM4104也有3種工作模式：Single Rate、Dual Rate和Quad Rate。根據(jù)上述配置情況，PCM4104配置為DualRate數(shù)據(jù)接收模式；數(shù)據(jù)接收格式為I2S；無去加重。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件在TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS33下用C語言編寫，其軟件流程如圖5所示。初始化程序包括DSPs TMS320C6727的時鐘、中斷、McASP口的配置，以及PCM4204和PCM4104的配置等。初始化結(jié)束后PCM4204開始采樣，數(shù)據(jù)傳輸?shù)組cASP0口的接收緩沖寄存器RBUFORBUF3中。如果有數(shù)字信號傳入，同樣被傳輸?shù)組cASP0口的接收緩沖寄存器RBUF14中。數(shù)據(jù)處理程序可對采樣后的音頻數(shù)據(jù)或來自其他設(shè)備的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)進行濾波、降噪、音頻編碼和數(shù)據(jù)壓縮等處理。音頻回放程序能夠?qū)崿F(xiàn)DSP