G.723標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字錄音系統(tǒng)設(shè)計
如果要將其錄音以數(shù)字形式的數(shù)據(jù)保存，則應(yīng)將其模擬錄音信號變換成數(shù)字形式的數(shù)據(jù)，這就給原始數(shù)據(jù)的保存帶來諸多不便。因此，筆者按G.723標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了一種數(shù)字錄音機，它以ADSP-2181作為語音處理器和系統(tǒng)控制器，取消了普通錄音機的機械部分和磁帶，以大容量的閃速存儲器(Flash RAM)作為數(shù)字語音數(shù)據(jù)存儲器。該樣機體積很小，錄音時間長，沒有機械噪聲及機械故障，很有實用價值。
G.723算法對語音信號有很好的編解碼效果，同時也可處理音樂和其它聲音信號，典型輸入是64kb/s（8k%26;#215;8）或128kb/s(8k%26;#215;16)的A律或μ律的PCM采樣語音信號。每次處理一幀語音信號，每幀240個采樣點（30ms）。在5.3kb/s的碼率下，每幀語音被壓縮成20個字節(jié)傳輸；在6.3kb/s的碼率下，每幀語音被壓縮成24個字節(jié)傳輸。
1.2 數(shù)字錄音系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
系統(tǒng)框圖主要由圖1所示的五部分組成。
AD73311是一種可編程的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)含五個8位控制寄存器CRA～CRE,用于設(shè)定工作狀態(tài)，控制輸入輸出。AD73311通過串行口與處理器接口，傳送的是16位數(shù)據(jù)，有五種工作模式，分別為：程序模式、數(shù)據(jù)模式、混合模式、模擬環(huán)路模式、數(shù)字環(huán)路模式。其中前三種是正常的工作模式，后兩種是調(diào)試模式，僅在調(diào)試時使用。五種工作模式由內(nèi)部的控制寄存器A中的四位（CRA0～3）控制。
程序模式：AD73311啟動或重置后即工作于程序模式，此時AD73311串行口輸入的數(shù)據(jù)將作為命令字以初始化內(nèi)部控制寄存器組，之后AD73311根據(jù)初始化命令字進(jìn)入相應(yīng)的工作模式，在此之前AD73311串行口輸出的碼字是無效的。數(shù)據(jù)模式：此時AD73311串行口輸出的是A/D轉(zhuǎn)換的16位數(shù)據(jù)，輸入的是D/A轉(zhuǎn)換的16位數(shù)據(jù)。AD73311一旦進(jìn)入數(shù)據(jù)模式，就不能再得到控制信息，所以就永遠(yuǎn)處于這一模式，除非重啟動。這時硬件上可采用發(fā)送接收幀同步信號同步方式。混合模式：此時16位碼字可能是控制字，也可能是數(shù)據(jù)。碼字的最高位MSB用來標(biāo)識這個碼字是控制命令字(MSB=1)還是數(shù)據(jù)（MSB=0，低15位是有效數(shù)據(jù)）。在混合模式下，ADSP-2181可以根據(jù)系統(tǒng)的運行狀況適時改變AD73311的工作參數(shù)，如放大器的放大倍數(shù)等。這時硬件上可采用發(fā)送接收幀同步信號異步方式，便于ADSP-2181的自主控制。
AD73311控制采樣率由時鐘分頻電路完成。時鐘分頻電路將從DMCLK引腳輸入的外部時鐘頻率MCLK通過主頻時鐘因子分頻為內(nèi)部時鐘頻率DMCLK，MCLK有五種頻率選擇，由內(nèi)部控制寄存器B中的CRB4～6三位控制。DMCLK決定了AD73311的采樣頻率，它也是AD73311串行口的幀同步頻率。DMCLK再經(jīng)串行時鐘分頻因子分頻為串行時鐘頻率SCLK，DMCLK有四種選擇，由內(nèi)部控制寄存器B中的GRG2～3兩位控制。
[!--empirenews.page--]通過編程控制寄存器D，可控制輸入輸出的增益。輸入增益IG可在0～38dB之間調(diào)整，輸出增益OG可在-15～6dB之間調(diào)整。AD73311的具體編程流程圖如圖3所示，控制程序如下： AX0=DM(0x3fe5); {For 2181-PF0 connect with AD73311-RESET} AR=AX0 AND 0XFFFE; {PF0 pin reset} DM(0x3fe5)=AR; {RESET AD73311 to program} NOP; {Delay} NOP; NOP AX0=DM(0x3fe5); AR=AX0 or 0X0001; {2181-PF0 SET} DM(0x3fe5)=AR; {ready to program} ax0=0x82f9; {寫控制寄存器CRC，5V電源，使能ADC和DAC} tx0=ax0; IDLE; ax0=0x811b; {寫控制寄存器CRB，分頻，設(shè)置8K采樣率} tx0=ax0; IDLE; ax0=0x8320; {寫控制寄存器CRD，輸出輸入增益為0} tx0=ax0; IDLE; ax0=0x8400; {寫控制寄存器CRE,DAC延遲量為0} ax0=ax0; IDLE; ax0=0x8001; {寫控制寄存器CRA，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式} tx0=ax0; IDLE； 2.2 閃速存儲器與ADSP-2181的接口電路閃速存儲器采用韓國三星公司生產(chǎn)的KM29 N32000，容量為4M%26;#215;8=32Mbit，分成512塊，每塊有16頁，每頁528個字節(jié)?？蛇M(jìn)行100萬次擦寫，數(shù)據(jù)保存時間為10年，通過編程可自動進(jìn)行擦寫。這里用于保存錄音數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)保存不需要充電維持。
3 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計
ADSP21XX系列提供了一整套軟件開發(fā)工具及相應(yīng)的仿真器開發(fā)平臺，給系統(tǒng)的調(diào)試與仿真提供了極大的方便。軟件開發(fā)系統(tǒng)包括系統(tǒng)建造器、帶運行時時間庫的C編譯器、匯編器、連接器、PROM劃分器等。通過編譯連接匯編源程序，可以生成EXE文件。此文件是存儲映像文件，可以加載到仿真器上進(jìn)行仿真；調(diào)試成功后，通過PROM劃分器和EPROM燒制設(shè)備可以寫入EPROM，系統(tǒng)復(fù)位時DSP加載EPROM程序便可自動運行，控制整個系統(tǒng)的工作。系統(tǒng)軟件設(shè)計采用自舉和中斷控制兩種方式。自舉方式系統(tǒng)一上電，ADSP-2181讀取EPROM中的程序，自動運行程序去控制整個系統(tǒng)工作。
中斷控制利用了ADSP-2181的兩個中斷，即sport0接收中斷和timer中斷。ADSP-2181的sport與AD73311相連。當(dāng)?shù)玫揭粋€采樣數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生一個接收中斷，ADSP-2181讀取便得到采樣數(shù)據(jù)。由于sport0是全雙工的，當(dāng)產(chǎn)生接收中斷時，同時可以發(fā)送數(shù)據(jù)，一方面在錄音時可以得到回放效果；另一方面則在播放時可直接發(fā)送數(shù)據(jù)，而對采樣數(shù)據(jù)置之不理，這樣便于解碼數(shù)據(jù)以固定的碼率回放。Timer中斷定時檢測外部控制引腳狀態(tài)，包括錄音、放音、快放及碼率轉(zhuǎn)換4個引腳，每個引腳的0/1狀態(tài)對應(yīng)兩種控制，即開始錄音/停止錄音、開始放音/停止放音、5.3kbps/6.3kbps碼率轉(zhuǎn)換及快放狀態(tài)，共有七個狀態(tài)。 DSP匯編語言的結(jié)構(gòu)與ASM匯編語言類似，其開頭部分對應(yīng)中斷向量表。工作在中斷方式時，則向量表對應(yīng)中斷處一般為一條跳轉(zhuǎn)語句；產(chǎn)生中斷時，則跳到相應(yīng)語句執(zhí)行中斷控制功能。主程序的中斷設(shè)置部分如下： JUMP start;NOP;NOP;NOP; {reset start interrupt} RTI;NOP;NOP;NOP; {IRQ2} RTI;NOP;NOP;NOP; {IRQL1} RTI;NOP;NOP;NOP; {sport0 transmit} JUMP sportReceive;NOP;NOP;NOP; {sport0 receive} RTI;NOP;NOP;NOP; {IRQE} RTI;NOP;NOP;NOP; {BDMA} RTI;NOP;NOP;NOP; {sport1 transmit} RTI;NOP;NOP;NOP; {sport1 receive} JUMP settimer;NOP;NOP;NOP; {timer interrupt} RTI;NOP;NOP;NOP; {PowerDown} sporto和timer中斷控制說明如下： （1）sporto接收數(shù)據(jù)中斷在程序中，數(shù)據(jù)處理集中在此進(jìn)行。主要過程是：在錄音時，每收到240個采樣數(shù)據(jù)，就進(jìn)行G.723編碼，將編碼結(jié)果保存到閃速存儲器中；在播放時，每次讀取24個數(shù)據(jù)，將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，再通過串行口發(fā)送出去，經(jīng)揚聲器還原成語音信號。其流程如圖6所示。（2）timer中斷 timer中斷用來檢測用戶的控制信息及顯示運行時間信息。用戶控制有4個，即碼率選擇、錄音控制、放音控制及快退控制。對應(yīng)這4個控制引腳，初始設(shè)定為輸入態(tài)，然后通過檢測各個引腳的電平設(shè)定工作態(tài)。其流程如圖7所示。
4 系統(tǒng)調(diào)試
系統(tǒng)調(diào)試要使用AD公司提供的ADSP21XX系列的整套軟件開發(fā)工具和仿真器。筆者使用ADSP-2181-EZ-ICE仿真器進(jìn)行調(diào)試。仿真器上自帶33MHz的2181，調(diào)試支持20個斷點，可單步、設(shè)斷點和全速運行，可隨時觀察和修改寄存器和存儲單元的值。仿真器上提供了一個14針的仿真接口，仿真器通過此接口仿真控制目標(biāo)系統(tǒng)。仿真器與計算機間有一個RS-232接口，通過數(shù)據(jù)進(jìn)行連到計算機的串行口上，在仿真器開發(fā)平臺上就可以進(jìn)行軟件調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試時遇到的主要問題是存儲器讀寫及LCD的顯示問題。開始時發(fā)現(xiàn)寫進(jìn)閃速存儲器的數(shù)據(jù)與讀出的數(shù)據(jù)不符。經(jīng)仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)是由于沒有嚴(yán)格按照閃速存儲器的讀寫操作時序進(jìn)行編程，或是延遲量不夠，或是兩個信號的先后次序弄反了，數(shù)據(jù)可能根本沒有寫進(jìn)去，讀出的數(shù)據(jù)當(dāng)然是錯的。在嚴(yán)格按照其說明書的時序進(jìn)行編程控制后，數(shù)據(jù)的讀寫擦除操作完全正常。在播放錄音數(shù)據(jù)時，曾出現(xiàn)聲音跳變不連續(xù)的問題，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)原因在于地址定位時出錯。因為對閃速存儲器擔(dān)任時每次讀寫都是一幀數(shù)據(jù)，而編解碼時一次操作的數(shù)據(jù)為20/24個字節(jié)，兩者長度不一樣，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。
本系統(tǒng)中ADSP-2181處理器的機器周期為30ns，經(jīng)設(shè)定最大的等待周期為7機器周期后也才有240ns，而LCD的工作使能脈寬至少要300ns。因此在硬件上增加了一單穩(wěn)延遲電路，這樣便解決了此問題。
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