DSP原理及应用-TMS320DM6437 课件 第三章：ICETEK-DM6437-A综合实验系统

DSP原理及应用

第三章ICETEK-DM6437-A综合实验系统第三章

ICETEK-DM6437-A综合实验系统3.1ICETEK-DM6437-A综合实验系统的组成3.2实验系统的硬件模块3.3

基于ICETEK-DM6437-A的语音信号处理3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.5

基于MATLAB的音频信号处理3.6

基于ICETEK-DM6437-A的音频信号处理的实现3.1ICETEK-DM6437-A综合实验系统的组成3.2实验系统的硬件模块3.2.1.CPU单元

3.2实验系统的硬件模块3.2.2.电源模块TMS320DM6437实验系统正常工作电压共包括5V，3.3V，1.8V，1.2V四种电源电压。系统的工作电压及电压范围如表3-1所示。芯片电压最大值典型值最小值TMS320DM6437内核电压1.26V1.2V1.14VI/O、FLASH、外设2.97V3.3V3.63VDDR2、PLL1.71V1.8V1.89表3-1系统的工作电压及电压范围3.2.3数字信号源实验系统提供独立的数字信号源，数字信号源上提供五种波形（方波、三角波、正弦波、上下两路信号混频、白噪声），数字信号源上提供语音录放功能，提供语音实时采集回放功能，麦克风、直接音频输入，耳机、扬声器输出。独立的数字信号源（该信号源应是一个独立的信号发生器，可单独从实验箱上取下，为任何实验设备提供数字信号波形输出）：（1）可同时提供两路波形输出，每一路均可单独控制；信号的波形、频率、幅度可调；具有语音录放功能；（2）波形切换：提供五种波形（方波、三角波、正弦波、上下两路信号混频、白噪声），可通过拨动开关进行选择；（3）频率范围：分为4段（10Hz—100Hz、100Hz—1KHz、1KHz—10KHz、10KHz—30KHz），可通过拨动开关进行选择；（4）频率微调：在每个频率段范围内进行频率调整；（5）幅值微调：0-3.3V平滑调整；（6）语音录放：提供语音实时采集回放功能，麦克风、直接音频输入、耳机、扬声器输出。3.2实验系统的硬件模块3.2实验系统的硬件模块3.2.4.A/D实验系统采用TLV0832芯片来实现ADC功能。TLV0832可以将收到的模拟电压信号(0～3.3V范围)进行定时采集，采集速率(A/D转换时间)最短为13.3微秒，可以转换两路模拟信号输入(分时转换)，转换后生成的数字量为8位二进制数精度，通过串行通讯可将结果传送给上位机处理。其接口管脚定义如右图3-6所示。其中，CH0和CH1连接两路独立的模拟信号通道，这些信号电压范围图3-6引脚定义限定在0V～3.3V之间，CS、CLK、DO、DI为数字串行控制信号，控制ADC转换的通道、何时开始转换，转换结束后也通过这一接口将结果传送给DSP。TLV0832与DM6437的接口比较简单，请参看下面的接口如图所示。3.2实验系统的硬件模块3.2.5.D/A实验系统采用TLC7528C芯片来实现DAC功能。TLC7528可以将收到的8位数字信号转换成相应的模拟输出，每次转换最高速率是0.1微秒，可以支持两路模拟量输出。其接口管脚定义如下图。图3-9TLC7528引脚TLC7528与DM6437的接口比较简单，如下图：3.2实验系统的硬件模块3.2.6.JTAGTI在其TMS320系列芯片上设置了符合IEEEI149.1

标准的JTAG(JoimTest

ActionGroup)标准测试接口及相应的控制器，如图3-11所示。主要用于边界测试和DM643在线仿真，方便DSP应用系统开发调试.JTAG接口可对芯片内部部件编程，外部中断计数等。使用JTAG仿真开发工具实现对DM6437片内和片外资源进行全透明访问，同时还可以通过它向DM6437加载程序，对程序进行调试。JTAG引脚定义如表3-2

所示。TCK测试时钟输入TDI测试数据，数据通过TDI输入JTAG口TDO测试数据输出，数据通过TD0从JTAG口输出TMS测试模式选择，用来设置JTAG所处的测试模式TRST测试复位，输入引脚，低电平有效3.2实验系统的硬件模块3.2.7.DM6437核CPU时钟系统中用到很多种不同的时钟频率，TMS320DM6437有两个独立控制的PLL。PLL产生DSP，DMA，VPFE以及其他外设所需要的时钟频率。PLL2产生DDR2接口和VPBE在特定模式下的时钟频率。根据TMS320DM6437的数据手册，PLL锁相环的输入频率范围在20-30MHz，选择27MHz外部无源晶振作为系统的外部时钟源。在MXI/CLKIN引脚输入的27MHz时钟，经过PLL1Controller1和PLL2Controller2寄存器的配置，便能得到系统时钟SYSCLK1、SYSCLK2、SYSCLK3和各个模块的吋钟。具体的时钟产生如图3-15所示。3.2实验系统的硬件模块3.2.7.DM6437核CPU时钟3.2实验系统的硬件模块3.2.8.网络接口DM6437集成了片上以太网MAC部分。此以太网接口连接到PHY上。EVM使用一个MicrelKS8001LPHY。10/100MBit的接口被接出到一个标准以太网连接器J8。PHY直接与DM6437外设接口相连。以太网的地址可以在生产时存储在I2C串行的ROM中，也可在程序中更改。RJ-45有两个液晶指示灯集成在连接器上。灯有绿和黄两种，指示出以太网链路的状态，

绿灯亮，表示有链路连接，闪时，表示链路在工作，黄灯亮时，表示全双工模式。3.3

基于ICETEK-DM6437-A的语音信号处理3.3.1音频编解码芯片TLV320AIC33简介TLV320AIC33是一款支持低功耗与噪声滤波功能的立体声数字信号编解码器。可以支持六路信号输入和六路信号输出，支持差分和单端两种信号输入形式。相比较其他音频编码芯片，TLV320AIC33具有以下优势:支持8~96ksps的采样率；数模转换与模数转换的信噪比(SNR)分别达到了102dB与92dB；集成锁相环(PLL)支持各种音频时钟；支持便携式系统的低功耗耳机、扬声器以及回放模式；可编程数字音效，包括3D音效、低音、高音、EQ以及去加重等；I2C和SPI控制接口，便于控制；声音串行数据总线支持模式。如图3-16是TLV320AIC33的内部结构与外部接口。3.3

基于ICETEK-DM6437-A的语音信号处理3.3.1音频编解码芯片TLV320AIC33简介TLV320AIC33是一款支持低功耗与噪声滤波功能的立体声数字信号编解码器。可以支持六路信号输入和六路信号输出，支持差分和单端两种信号输入形式。相比较其他音频编码芯片，TLV320AIC33具有以下优势:支持8~96ksps的采样率；数模转换与模数转换的信噪比(SNR)分别达到了102dB与92dB；集成锁相环(PLL)支持各种音频时钟；支持便携式系统的低功耗耳机、扬声器以及回放模式；可编程数字音效，包括3D音效、低音、高音、EQ以及去加重等；I2C和SPI控制接口，便于控制；声音串行数据总线支持模式。如图3-16是TLV320AIC33的内部结构与外部接口。3.3

基于ICETEK-DM6437-A的语音信号处理3.3.2TLV320AIC33和TMS320DM6437通讯接口及模式编解码器用两个串行通道通讯，一个是控制编解码器的配置寄存器，另一个语音信号输入与输出通道。如3-17图是DM6437与编解码器TLV320AIC33接口示意图。音频编解码芯片TLV320AIC33和DM6437芯片的外设I2C连接，由I2C实现对AIC33和DM6437芯片的控制；TLV320AIC33与DM6437的外设McBSP相连，用于两芯片间的音频数据交换。3-18图是DM6437与编解码器TLV320AIC33接口。3.3

基于ICETEK-DM6437-A的语音信号处理3.3.2.1TLV320AIC33和多通道缓冲串口的通信在标准同步串口基础上，为了扩展其功能，提供高效同步串口通信机制，多通道缓冲串口(MultichannelBufferedSerialPort,McBSP)得到使用。它拥有双缓冲发送结构及三级缓冲接收结构，数据在此结构下能连续发送。McBSP可配置性很强，通过对其相应的寄存器的配置，可控制其工作方式。此外，它的每个串口支持128个通道，速度达到100Mbit/s。3.3.2.2I2C控制接口DM6437对音频芯片AIC33进行控制的命令流程如下：由总线发送开始指令信号，即时钟总线(SCL)高电平时，数据总线(SDA)出现从高到低的一个跳变，DM6437发送一个从属设备地址，该地址为7位，但在传送时数据变为8位，而多出来的最后一位是用来对从属设备说明是读操作还是写操作。系统中与主控设备有关的都是写操作。当从属设备接收到来自主控设备信号时，从属设备会回馈一个应答信号告诉主设备继续改善指令。当主设备在控制命令后发送停止标志，即SCL是高电平时，SDA会出现由低到高的一具跳变，至此，一个完整的通信过程结束。3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.4.1DSP视频处理系统概述

数字视频（图像）处理是DSP技术的重要应用领域

摄像头作为输人视频传感器是系统的信息来源，它输出的模拟视频信号不能直接被DSP处理，因此，需要利用视频解码芯片完成图像的数字化过程。DSP可完成图像去噪声、图像增强、图像配准等一系列软件算法处理，视频编码芯片将DSP处理后的数字视频(图像)数据编码成普通电视所能接收的NTISC或PAL制的复合视频信号，实现视频输出。DM6437的VPFE接口主要解决与视频ADC或数字摄像机直接接口的问题。接口的数据出口为EMIF接口的存储器(SDRAM/DDRAM)，功能是将接收到的数字化的视频采样数据解码后，通过DMA直接存放到扩展存储器中，并实现缩放、预显示、H3A(Hardware3Astatisticgrnerator)处理、直方图统计等辅助功能。由于接口设计的通用和灵活性很好，可以接口各种视频采集芯片和数字摄像机。

DM6437的VPBE接口用于连接数字接口的LCD显示器或视频编码器(DAC)，负责将存放在DSP存储器中的视频图像数据按照既定的时序输出，可以支持标清和高清显示。DM6437的VPBE包含视频处理系统(VPSS,VideoprocessingSubSystem)，可以利用DMA和硬件逻辑，将视频数据组合、叠加后进行编码输出。3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.4.1DSP视频处理系统概述

ICETEK-DM6437-A的视频处理系统工作流程：（1）插座上的摄像机将PAL制式的模拟复合视频信号输入；（2）复合视频信号接入U5-TVP5146进行解码，输出YCbCr格式的数字分量信号；（3）数字分量信号通过DM6437的VPFE接口输入DSP，存放到DM6437片外扩展的DDR2SDRAM中；（4）DM6437将存放在DDR2SDRAM中的视频数据取到DSP片内进行处理运算，结果输出存放到DDR2SDRAM中的输出缓存区；（5）DM6437的VPBE接口自动获取DDR2SDRAM中输出缓冲区的视频数据，将之进行编码后输出；（6）DM6437的VPBE接口的视频DAC将编码的视频数据进行DA转换后发送到相应输出管脚，通过J12插座输出，连接在J12上的TV显示器接收视频模拟信号进行显示。3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.4.2视频解码芯片TVP5146图像传感器进行光电转换将光信号转换成电信号，之后的视频解码芯片起一个模数转换的作用，将模拟信号数字化。所有最终得到的视频信号都将存储在外部存储器SDRAM中，最后传递到数字信号处理器DSP中，交给DSP进行图像处理与计算。由于本系统采用的图像传感器OV7959输出的是模拟视频信号，不能直接被DSP处理，因此选用视频编码芯片TVP5146来完成图像的模数转换以及相应控制信号的分离。TVP5146是TI公司的一款高性能视频信号解码芯片，能将NTSC、PAL制式的混合视频信号解码成数字信号输出。TVP5146内部主要包含以下功能：（1）提供4路10位30MSPS（每秒采样百万次）A/D转换通道，可以将YPbPr、NTSC、PAL信号的转换成YCbCr信号，在每个A/D通道中均包含模拟参考电压输入电路、可编程增益控制电路、输入信号偏移电路和可编程信号源选择电路。（2）内部采用5线自适应色度滤波器，能将复合视频信号进行亮度、色度分离，且这种形式的Y/C分离是完全互补的，不会丢失图像的亮度或色度信息，数字信号可选择20位4:2:2YCbCr或10位4:2:2YCbCr进行输出。（3）内部提供了多个图像预处理模块，可以对模数转换后的数字图像数据进行亮度、对比度和饱和度的处理。（4）提供I2C总线控制接口，可方便配置芯片初始化和相关寄存器的读写，实现芯片的可编程图像预处理功能。（5）可提供同步的行场视频信号输出时钟，在相应寄存器可配置接收视频的扫描方式。3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.4.2视频解码芯片TVP5146TVP5146通过I2C配置总线和数字视频接口总线与上位机进行连接(TVP5146的I2C地址为BAH)，其接口DM6437的视频前端示如图3-21所示。3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.4.3视频处理子系统VPSSTMS320DM6437还提供了强大的视频处理子系统VPSS（VideoProcessingSubSysterm），如图3-22所示，其包括一个视频处理前端VPFE（VideoProcessingFrontEnd）和一个视频处理后端VPBE（VideoProcessingBackEnd），VPFE对输入的视频数据进行前端处理，通过配置视频前段寄存器可以对采集的图像进行缩放、图像亮度和对比度调节、直方图功能化等预处理；VPBE用于视频数据的输出处理，驱动液晶屏实时显示视频图像。3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.4.4视频处理前端(VPFE)DM6437的视频处理前端VPFE由CCD控制器（CCDC）、图像预处理器、H3A模块、灰度直方图模块和缩放器五个部分构成，其内部结构框图如下图所示。3.4基于ICETEK-DM6437-A的视频信号处理3.4.5视频处理后端(VPBE)DM6437的视频处理后端VPBE完成视频数据的输出处理和驱动显示屏实现显示的、图像数据，内部由屏幕显示（OSD和视频编码（VENC）模块两个模块组成，VPBE内部结构框图如下图所示。3.5.1基于MATLAB的音频信号处理的流程

用MATLAB处理音频信号的基本流程是：先将.wav格式音频信号经wavread函数转换成MATLAB列数组变量；再用MATLAB进行数据分析和处理，如时域分析、频域分析、数字滤波、信号合成、信号变换、识别和增强等；处理后的数据如是音频数据，则可用wavwrite转换成.wav格式文件或用sound、wavplay等函数直接回放。处理流程如图3-26所示。下面分别介绍MATLAB在音量标准化、声道分离合并与组合、数字滤波、数据转换等音频信号处理方面的技术实现3.5基于MATLAB的音频信号处理3.5.1基于MATLAB的音频信号处理的流程

音频是多媒体信息的一个重要组成部分，音频信号的频率范围大约是20Hz~20kHz。音频信号的采集和处理已经广泛应用于材料无损检测、