基于ARM的嵌入式语音存储系统设计（2） 语音, 嵌入式

yuyang911220

3．3 IDE硬盘控制模块
IDE接口是硬盘和光驱普遍使用的外部接口，接口采用16位数据总线并行传送，体积小、速度快，兼容性强。IDE接口主要有可编程输入输出(Programming Input Output，PIO)和直接内存访问(Direct Mcmory Access，DMA)两种传输模式。PIO模式占用大量的系统资源，数据传输速率较低；DMA模式需要额外的驱动程序或设置，系统资源占用少、执行效率较高。本设计选择DMA模式。

S3C2440A与硬盘接口如图5所示。其接口信号分为片选信号、数据信号和控制信号3个部分。硬盘上寄存器分为两组，分别由／CS0和／  CS1选中其中的一组，A0～A2引脚用于组内寄存器寻址，包括数据寄存器、错误寄存器、扇区计数器、扇区号寄存器、低柱面号寄存器、高柱面寄存器、状态寄存器和命令寄存器。数据线D0～D15用于数据的双向传输。／DIOR、／DIOW是读写控制信号；／Reset是硬盘复位信号；DMARQ(DMA请求信号)和／DMACK(DMA应答信号)是专用于DMA模式的信号。
4 系统软件实现
4．1 语音数据的采集
语音采集部分主要是完成UDA1341TS驱动程序的编写，其初始化相关代码如下：

端口初始化包括L3总线接口和I2S接口的设置，首先将与L3接口相连的通用I／O口GPB2、GPB3、GPB4设置为输出模式，然后设置与I2S控制器输出信号相关的GPIO引脚，将GPE0～GPE4这5个引脚设置为I2S接口的信号模式。UDA1341TS芯片初始化部分包括L3接口时序和协议的模拟，完成采样速率、数据格式等参数的设置。系统采样速率为8 kHz，使用时钟为384 fs，数据输入格式设置为MSB-Justifled模式。接下来通过“audio_init_dma()”申请DMA通道，输出音频缓冲区的DMA通道设为通道2，输入音频缓冲区的DMA通道设为通道1。若初始化失败会返网相应的错误标志，初始化成功后方可进行后续操作。
4，2 IDE接口函数
硬盘驱动程序实现分为设备初始化、打开设备、设备I／O操作和释放设备等几部分。要完成硬盘数据交换的工作，就需要对寄存器进行频繁的读写操作，为了方便在程序中的调用，把这些和硬件操作密切相关的操作都写成了接口函数，其函数说明略——编者注。
4．3 系统主程序流程
主进程开始后首先初始化采样参数，包括采样速率、采样点数、数据存储格式及采样通道，若初始化不成功会返回相应的错误标志，并作出相应的出错处理，成功后可继续下一步操作。然后通过键值判断数据的存储区是选择Flash还是选择硬盘，并初始化相应的存储区，这是保证系统在没有外扩硬盘的情况下也能正常运行，只不过是数据存储量较小而已；若选择操作硬盘，但硬盘未连接，仍然会返回相应的错误标志，并进入出错处理函数继续执行。接下来根据键值判断是否进行压缩处理，若进行压缩处理，则相应的编解码标志置位；根据该标志确定是否启动编解码进程，即系统能存储未压缩的数据，也能存储压缩后的数据，可以根据需要进行适当的选择。启动A／D转换进程并进行语音数据的存储，相当于录音的过程；数据存储完成后，即录音结束后，启动D／A转换进程进行语音播放。录音和播放可以同时进行，为了测试方便，这里把这两个过程分离开来。
总的来说，系统主进程创建了A／D、D／A转换进程和编解码进程，结合Linux的共享机制和进程间通信等手段，实现了语音信号的采集、压缩、存储、回放等环节。
5 系统测试与结果分析
系统测试内容主要包括语音质量、语音存储时长、语音压缩效率三个方面。语音质量是指经传输、处理后音频信号的保真度，是衡量语音编码算法优劣的关键指标。其评价方法分为主观评定和客观评定两类。系统采用的主观评定方法是平均意见得分(Mean Opinion Score，MOS)，即以主观打分来度量，其评价标准分为5个等级，MOS评价标准如表2所列。客观评定选择信噪比为评价指标，信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)定义为信号与量化噪声的方差的比值，计算公式为：


其中分别为信号方差和噪声方差。通过测试系统的主观评价指标MOS可以达到3．8分，接近于电话语音质量，与原始语音的区别不明显；系统的客观评价指标SNR为58 dB，噪声的影响在可以接受的范围内。语音时长的统计，依赖于扩展IDE硬盘的容量，测试选择3G容量的硬盘；记录未经压缩的语音数据为750个小时，而记录压缩后的语音数据可达7500多个小时；可见语音压缩的效率可以达到10多倍，已达到理想的效果。