近年來，隨著多媒體信息技術和網絡技術的高速發展，數字語音壓縮技術的應用領域越來越廣泛，尤其在可視電話、IP網絡電話、數字蜂窩移動通信、綜合業務數字網、公共交換電話網和話音存儲轉發系統等領域中，需要在保證語音一定質量的前提下盡可能降低其編碼比特率，便于在有限的傳輸帶寬內讓出更多的信道用于傳送圖像、文檔、計算機文件和其他數據流。本文研究A律壓縮算法的應用，給出音頻接口芯片TLC320AD50C與TMS320C5402的接口設計，以實現語音信號的壓縮、存儲和回放。
1 語音信號壓縮原理
    μ/A律壓縮解壓編碼是國際電報電話協會CCITT(Consultative Committee for International Telegraph and Telephone)最早推出的G.711語音壓縮解壓編碼。其中歐洲和中國等國家采用A律壓縮解壓編碼，美國和日本等國家采用μ律壓縮解壓編碼。由于本系統采用A律壓縮解壓算法，這里只介紹A律壓縮原理。
    A律壓擴的數學解析式為：
  
    式中：y為輸出信號；x為輸入信號；A為壓縮系數。
    由上式得知，小信號時為線性特性，大信號時近似為對數特性。這種壓擴特性常把壓縮、量化和編碼合為一體。A律可用13段折線逼近(相當于A=87.6)，便于用數字電路實現[1]。13段折線的壓縮特性如圖1所示。圖1分段為x取正值時的情況，而x取負值時，壓擴特性與x取正值成奇對稱，在正8段和負8段中，正1、2段和負1、2段斜率相同，合為一段，所以原來的16段折線變為13段折線。

    在進行A律壓縮時，采樣后的12 bit數據，默認其最高位為符號位，壓縮時要保持最高位即符號位不變，原數據的后11 bit要壓縮成7 bit。這7 bit碼由3 bit段落碼和4 bit段內碼組成。壓縮變換后的數據根據后11 bit數據大小決定。具體的編碼表如表1所示。

2 系統硬件接口設計
    本系統實現的是G.711標準A律壓縮編碼的語音處理過程。系統以TMS320C5402為核心，完成語音壓縮、存儲、解壓功能。語音采集與輸出模塊采用TI公司推出的一款高性能的立體聲音頻Codec芯片TLC320AD50C，內置輸入和輸出放大器，且對輸入和輸出都具有可編程增益調節。
2.1 模擬接口設計
    模擬信號輸入電路如圖2所示。語音信號放大器經過前端放大器TLC2272ACD放大、帶通濾波、單輸入信號轉換為差分信號后，送入AD50C的A/D轉換器的差分輸入端（INP和INM）。A/D轉換器將輸入的模擬信號轉換為以二進制補碼表示的數字信號。

    模擬信號輸出電路如圖3所示。經D/A轉換、內部低通濾波恢復的模擬信號從AD50C的OUTP管腳輸出。外部放大濾波電路選用LM356運算放大器，放大后的信號送揚聲器還原成聲音。

2.2 數字接口的設計
    TLC320AD50C支持與TMS320C5402無縫對接，接口電路如圖4所示。將TLC320AD50C設置成主動工作模式，輸入主時鐘MCLK為8.192 MHz，采樣頻率選擇為8 kHz，內部PLL使能（控制寄存器4中的N=8）[2]。通過寄存器設置，將TMS320C5402的FSX、FSR、CLKR、CLKX配置為外部輸人，TLC320AD50C的SCLK配置為內部產生。數據接收/發送幀同步信號、移位時鐘信號均由TLC320AD50C產生，串行口的接收/發送過程受TLC320AD50C的控制。

3 系統軟件接口設計
    系統程序流程圖如圖5所示，軟件設計工作主要包括以下幾方面：

    (1)TMS320VC5402串口的初始化。首先將DSP串口0復位，再對串口0的寄存器進行編程，使DSP串口工作在以下狀態：以SPI模式運行，每幀一相，每相一個字，每字16 bit，幀同步脈沖低電平有效，并且幀同步信號和移位時鐘信號由外部產生[3]。
    (2)AD50C初始化。該初始化操作過程包括通過TMS320C5402的同步串口發送2串16 bit數字信息到AD50C。第一串為0000 0000 0000 0001B，最低有效位(bits0)為1，說明下一個要傳輸的數據字屬于次通信。第二個數據用來對AD50C的4個控制寄存器的某一個進行配置。15～11位為0，10～8位為所選寄存器地址值，7～0位為所選中寄存器的編程值。通過對4個可編程控制寄存器編程，使AD50C工作在以下狀態：選擇INP/INM為工作模擬輸入，15+1 bit ADC和15+1 bit DAC模式，不帶從機，采樣頻率為8 kHz，模擬信號輸入和輸出放大增益均為0 dB[4]。4個寄存器初始化需要4個主通信和次通信。
      (3)壓擴算法的實現。TMS320C5402內部的緩沖串口（McBSPs）帶有硬件實現的μ律和A律壓縮解壓，用戶只需要在相應寄存器中進行設置就可以了,本系統通過軟件編程來完成線性碼轉換成A律。在主程序中通過A/D抽樣量化得到線性編碼，再由編碼表通過軟件計算得到8 bit A律編碼，其中最高位為符號位，第6 bit到第4 bit為段落碼，低4 bit為段內碼。將8 bit的壓縮結果存儲到系統RAM中進行緩存，根據抽樣率、語音存儲時間以及系統RAM的容量設置語音存儲緩沖區的大小，待緩沖區存滿后，將緩沖區內的數據進行解壓縮，然后輸出到SPEAKER接口輸出。
4 系統實驗結果
    硬件調試成功后，使錄音時間達到5 s左右。通過CCS觀察數據圖形，圖6為壓縮前的語音信號波形，圖7為壓縮后的語音信號波形；通過回放，試聽解壓后語音信號無明顯失真。實驗結果說明系統成功實現了語音信號的壓縮存儲。

    本文所介紹的MS320C5402與TLC320AD50C的組成語音壓縮存儲系統，接口電路簡單，編程方便，且程序代碼已在CCS3.1開發環境上得到驗證。
參考文獻
[1] 宋依青，何松.一種基于DSP語音信號線性與非線性量化相互轉換的新方法[J].微電子學與計算機，2008(11)：36-39.
[2] 徐速.基于DSP的實時語音壓縮[J].微計算機信息，2007(2)：61-64.
[3] 李利.DSP原理及應用實用技[M].北京：中國水利水電出版社，2004：200-210.
[4] TLC320ADC/TLC320AD52C Data Manual. Texas Instruments，2002.