Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8
Шрифт:
Сжатие и синтез речи также подразумевают активное использование адаптивной фильтрации для уменьшения требуемых объемов передачи данных. Модель системы линейного кодирования с предсказанием (linear predictive coding, LPC), представленная на рис. 6.47 моделирует голосовой тракт, как импульсный генератор переменной частоты для гласных звуков и генератор случайного шума для согласных звуков. Сигнал от этих генераторов подается на цифровой фильтр, который, в свою очередь, генерирует реальный звуковой сигнал.
На рис. 6.48 дан пример применения линейного кодирования с
Цифровые фильтры, используемые в приложениях линейного кодирования речи с предсказанием, могут быть либо КИХ-, либо БИХ-фильтрами, хотя БИХ-фильтры без нулей частотной характеристики используются наиболее широко. И КИХ- и БИХ-фильтры могут быть реализованы в виде лестничной структур, как показано на рис. 6.49 для рекурсивного фильтра без нулей частотной характеристики.
Данная структура может быть выведена из традиционной структуры БИХ-фильтра, но преимущество лестничного фильтра состоит в том, что его коэффициенты более связаны с результатами работы алгоритмов, которые используют модель голосового тракта, показанную на рис. 6.47, чем коэффициенты эквивалентного БИХ-фильтра.
Параметры модели лестничного фильтра без нулей частотной характеристики определяются линейной экстраполяцией голосовых отсчетов, как показано на рис. 6.50. Вследствие нестационарного характера голосовых сигналов, эта модель применяется только к коротким сегментам (обычно 20 мс). Новый набор параметров обычно определяется для каждого временного сегмента, если между сегментами нет разрывов, которые принудительно сглаживают данные.
Глава 7
Аппаратура цифровых сигнальных процессоров
Дан Кинг, Грег Гирлинг, Кен Воурин, Ноам Левин, Джесс Моррис, Уолт Кестер
Микроконтроллеры, микропроцессоры и цифровые процессоры обработки сигналов (DSP)
Традиционные компьютеры особенно хороши для применения в двух областях деятельности: (1) манипуляция данными, например, подготовка текстов и управление базами данных; и (2) математические вычисления, используемые в науке, технике и цифровой обработке сигналов. Однако, большинство компьютеров не могут одинаково хорошо работать в обеих сферах. В компьютерных приложениях, таких как, например, подготовка текстов, данные запоминаются, сортируются, сравниваются, перемещаются и т. д., и время на выполнение этих операций не имеет большого значения до тех пор, пока оно удовлетворяет конечного пользователя. В приложениях, работающих с базами данных, периодически возникает необходимость реализации математических операций,
ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОВ
РАБОТА С ДАННЫМИ • МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Работа с текстом • Цифровая обработка сигналов
Управление базами данных • Управление двигателями
Электронные таблицы • Техническое моделирование
Операционные системы • Обработка сигналов в реальном времени
Пересылка данных (А->В) • Сложение (С = А + В)
Сравнение величин (Если А=В, то…) • Умножение (С = А х В)
Время исполнения не критично, заранее не нормируется • Время исполнения критично, нормируется заранее
Рис. 7.1
С другой стороны, для цифровой обработки сигналов важно, чтобы математические операции выполнялись быстро, и время, требуемое на выполнение команд, должно быть известно точно и заранее. Для этого и программа, и аппаратура должны быть очень эффективными. Как было показано в последних двух главах этой книги, наиболее важной математической операцией и ядром всех алгоритмов цифровой обработки сигналов является умножение с последующим суммированием (эта операция обозначена точкой на всех схемах алгоритмов в предыдущих главах). Быстрое выполнение операции умножения с последующим суммированием очень важно для реализации быстрого преобразования Фурье, цифровых фильтров реального времени, умножения матриц, манипуляции с графическими изображениями и т. д.
Проведенное предварительное обсуждение требований, предъявляемых к цифровым сигнальным процессорам, важно для понимания различий между микроконтроллерами, микропроцессорами и цифровыми сигнальными процессорами. Хотя микроконтроллеры при использовании в промышленных устройствах управления процессами могут выполнять такие функции как умножение, сложение, деление, они лучше подходят для приложений, где возможности процессора по реализации ввода-вывода и управления важнее, чем скорость. Микроконтроллеры, например семейства 8051, обычно содержат ЦПУ, ПЗУ, ОЗУ, последовательный и параллельный интерфейсы, счетчики и схемы прерываний. Микроконвертеры MicroConverter™ компании Analog Devices содержат не только ядро, построенное по архитектуре 8051, но также высококачественные ЦАП, АЦП и блок энергонезависимой памяти, реализованной по технологии FLASH.
МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ, МИКРОПРОЦЕССОРЫ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
• Микроконтроллеры:
? ЦПУ, ОЗУ, ПЗУ, последовательный/параллельный интерфейс, таймер, схемы прерываний
? Хорошо подходят как для тостеров, так и для управления промышленными процессами
? Скорость не является главным требованием
? Компактная система команд
? Примеры: 8051, 68НС11, PIC
• Микропроцессоры:
? На одном кристалле находится только ЦПУ — требуются дополнительные внешние устройства
? Процессоры с упрощенной системой команд (RISC)
? Процессоры со сложной системой команд (CISC)
? Примеры: серия Pentium, PowerPC, MIPS
• Цифровые Сигнальные Процессоры (DSP):
? ОЗУ, ПЗУ, последовательный/параллельный интерфейсы, схема обработки прерываний
? ЦПУ оптимизировано для многократно повторяющихся математических операций в реальном масштабе времени