基于adpcm数字语音存储和回放系统

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1、基于ADPCM数字语音存储和回放系统　　摘要：系统以单片机和FPGA为控制核心，实现了语音存储与回放系统。能够采集模拟语音信号以及耳机立体声信号，以ADPCM（自适应差分编码）的方式提高了存储器的利用率，语音存储时间可达2min；基于短时傅里叶变换原理，实现了语音信号的频谱分析与实时显示。同时，利用立体声音频功放播放语音，每声道音量可调并具有静噪功能。此外，系统还采用预加重、去加重、抗混叠滤波等措施，有效地提高了信噪比。语音回放质量良好，存储时间较长。关键词：语音存储与回放；ADPCM；短时傅里叶变换；FPGA控制中图分类号：TN911.7?34文献标识码：A文章编号：1004?37

2、3X（2013）13?0049?04DigitalvoicestorageandreplaysystembasedonADPCMLITao1，2，ZENGPan1，2，XIAOGong?hai1（1.ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200083，China；2.UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China）12Abstract：WithsinglechipandFPGAasthecyberneticscore，t

3、hesystemrealizesvoicestorageandreplysystem.ItcancollectandsimulatevoicesignalsandstereosignalsfromearphoneandliftutilizationrateofmemorybytheuseofADPCM，whichmeansthevoicecanbestoredformorethan2minutes.Basedontheshort?timeFouriertransformprinciple，itcanalsoachievespectralanalysisofvoicesignalsan

4、dreal?timedisplay.Throughusingthestereoaudioamplifier，eachsoundtrackcanbeadjustedandmuted.Furthermore，somemeasuresaspre?emphasis，de?emphasisandanti?aliasingfilteringareusedinthissystemtoincreaseSNRefficientlyandgetgoodqualityoftherecordedvoiceforalongertime.Keywords：voicestorageandreplay；ADPCM；

5、short?timeFouriertransform；FPGAcontrol0引言12由单片机与FPGA共同完成语音的录制与回放，可以拥有丰富的接口资源和运算能力，鉴于PCM的存储冗余值过大和DPCM的量化噪声问题，ADPCM成为了不错的压缩算法[1?2]。同时为了拥有较高的共模抑制比、低失真、高功率和高输入阻抗，本文采用仪表放大器、立体声功率放大和控制芯片，结合ADPCM编码，设计并实现了具有采集速度快、存储时间长、语音回放质量良好的数字语音存储与回放系统。1系统设计框图系统主要包括采集、处理与语音回放模块三个部分。对于采集模块，一般由麦克风或者耳机输入的语音通过前置放大和低通滤波

6、等预处理之后，完成A/D转化。对于语音处理模块来说，进行ADPCM的编码以及FFT运算，可将数字化的语音存储于外部介质。对于回放模块来说，可提取存储的语音内容，并且通过解码、D/A转换，最后驱动扬声器来完成回放功能。系统整体框图如图1所示[3?4]。图1系统整体框图其中的立体声ADC和立体声DAC组成部分都集成在芯片PCM3010内部。通过立体声音量控制芯片PGA3010实现立体声音量的调节，最后由功率放大器驱动扬声器完成语音播放功能。同时，通过在FPGA内部对采样数据进行短时傅里叶变换，可在示波器上实时显示语音信号的频谱。2理论分析计算[5?7]2.1ADPCM编码的理论分析12A

7、DPCM的原理是对相邻两采样值的差值进行编码，利用自适应的思想改变量化阶的大小。ADPCM编码法结合了DCM与ADM，其实是差分算法原理的自适应方向改进。对于输入的信号[Si]与自适应输出值[Sp]存在差值，根据自适应量化步长[d]对此差值进行量化，输出ADPCM四位量化码I。对于量化码I又重新计算量化步长[d]。其原理图如图2所示。另外一方面对于量化码I，又要送入反量化器，根据计算的步长[d]进行差别断定，生成新的解码值，进行下一轮的语音编码。其原理图如