基于SOPC的语音记录与回放系统设计与实现

摘要

目前，随着我国经济的飞速发展，各行各业越来越重视对语音的记录工作，如客户服务领域、金融证券机构、公安部门、咨询服务业等，都需要性能出色、携带方便且物美价廉的语音记录与回放设备。 目前使用的大容量语音记录与回放设备是基于PC机或DSP（数字信号处理）芯片的，使用PC机的系统体积大，成本高；而使用DSP芯片所开发的系统其硬件不易升级，对不断变化的要求无法随需应变，这就是目前语音记录设备面临的困境。 基于SOPC（可编程片上系统）技术的嵌入式系统研究已成为国内外的研究热点，利用FPGA（可编程现场门阵列）的可编程特性，联合最新的SOPC技术，可以使得基于FPGA的嵌入式系统易于改进和升级，从而可以满足不断变化的设计要求。因此，利用FPGA研制性能可靠、体积小、成本低、易升级的语音记录与回放系统具有非常重要的现实意义。 本文设计并实现了基于SOPC的语音记录与回放系统，在确定总体设计方案的基础上，选用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片作为嵌入式设备开发的基础，语音编码标准采用ITU（国际电信联盟）的G.729A标准。硬件上，完成了外围硬件电路设计，采用VHDL语言在FPGA芯片上设计实现了FPGA对外围硬件电路的控制，并且在FPGA芯片上建立了Nios II嵌入式软核处理器，从而形成了基于Nios II软核处理器的G.729A语音压缩与解压缩的硬件平台。软件上，在ITU所提供的G.729A的C语言源代码基础上进行算法优化、汇编优化，以及结合Nios II软核技术的优化，从而在Nios II软核上实现了G.729A压缩解压缩算法。这是一个软硬件协同设计的过程，同时进行了系统各部分的调试和实验。实验结果表明，系统各部分均可良好运行，系统整体调试结果表明此系统可实现对电话或现场语音信号的记录与回放，验证了将SOPC技术应用于语音记录设备的可行性，体现了基于SOPC的语音记录与回放系统的优越性。 将基于FPGA的SOPC技术用于语音记录设备，并结合Nios II软核技术特点对G.729A语音算法进行优化是本文的创新之处。 该语音记录与回放设备将32位Nios II处理器、多种外围控制电路、用户逻辑电路集成在一块大规模的FPGA芯片上，使得单一的芯片具有强大的语音数据处理和逻辑控制的能力，这种高度集成化的嵌入式设备具有可靠性高、体积小、成本低和易升级等优点，能够满足用户不断变化的需求，具有较广泛的市场应用前景。