适于语音处理的SDA80D51芯片及其数字录放音系统

语音编解码算法一般分为三类：波形编码、参数编码（声码器）和混合编码。波形编码技术是在不建立语音模型的情况下，直接对语音波形用编码方式逼近，可有时域的脉冲编码调制和变换域编码；参数编码是在一定的语音模型基础上，在编码端分析出该模型参数，并选择适当的方式对其进行高效率的编码，而在解码端利用这些参数和语音模型，用合适的激励源（excitation）重新合成语音；混合编码则保留了参数编码的语音模型的假定，又利用了波形编码的准则优化激励信号。

G.723.1算法属于混合编码。语音模型是基于线性预测理论的全极点模型。输入是16bit的PCM码流，然后采用合成分析、矢量量化等方法，以感觉加权后的语音基音残差信号能量最小为准则进行编码。有两种类型编码方式，一种是6.3kb/s多脉冲最大似然量化方法（压缩率20：1），另一种是5.3kb/s代数码本激励线性预测ACELP（压缩率24：1）。后者的压缩率高，编码速率低，这可以降低系统存储语音时所需存储器的容量。而且解码算法简单，回放语音时不会有延迟感，语音清晰。

3 语音录放音系统硬件设计

语音录放音系统硬件电路的系统框图如图2所示。由于芯片内（虚线内）集成了许多功能模块，使得电路的结构变得非常简单。

SDA80D51的RS232串行口通过MAX3222匹配电压后，连接到计算机。

芯片的启动支持SPI、I2C和RS232串口三种方式。本系统采用I2C启动方式，选用ATMEL公司的24C64。上电后，片内固化在ROM上的程序会从选定的I2C芯片拷贝256字节客户启动程序到片内程序区ff00h～ffffh处，最后把程序指针指向ff00h，开始执行。

系统程序存在SST28LF040中，由启动芯片中的用户启动程序把系统程序装载到芯片内部的RAM里，然后处理器会执行RAM中的程序指令。

语音经过编码压缩后存储在三星公司的KM29U128T（16M×8bit）内。它的寻址采用串行方式，即8根数据线既作地址线也作数据线，先输入地址，再传送数据。这样，用很少的SDA80D51地址线就可寻址很大的空间，记录大量的语音数据很方便。

用8根GPIO线实现一个4×4的小键盘，可用来作为控制接口。在录放音时，可以通过对键盘的扫描来决定下一步骤。

4 软件设计

由于要对芯片内的功能模块、系统控制和编解码算法进行编程，这使得软件设计量比较大。考虑到本文的篇幅，这里只介绍总程序结构和录放音的控制部分。

总程序框架采用前后台的工作方式。前台轮寻各个任务引擎，判断是否有任务需要处理。若有，切换状态并执行该任务；若没有，就继续查询。后台主要完成对硬件的接口、中断处理程序以及缓冲硬件数据。前台和后台的通讯是靠共享缓冲区来完成的。这种前后台的工作方式可处理多任务，每个任务只占用一个时间片。

数字录放音程序在整个软件设计中只有一个任务，它提供一个任务引警程序，由前台来调用。具体工作过程是OAK接CODEC模块，负责采集数据、编码和解码算法以及语音的回放；M8051负责配置系统工作寄存器和对FLASH的读写。两个核之间通过FIFO发消息，消息的定义格式（C语言）如下：

typedef union tag_FIFO_MESSAGE

{

struct

{

struct

{

BYTE bIdSource：//发送方ID

BYTE bIdDest: //接收方ID

WORD wMsgType; //发送消息类型

《适于语音处理的SDA80D51芯片及其数字录放音系统(第2页)》