本發(fā)明屬于語音綜合領(lǐng)域，具體涉及一種基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路結(jié)構(gòu)及其控制方法在語音時域信號重建上的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
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在典型的助聽器應(yīng)用中，語音的處理經(jīng)過語音分析、語音頻域子帶處理和語音綜合三個關(guān)鍵步驟。其中，語音綜合技術(shù)實現(xiàn)語音從頻譜數(shù)據(jù)到時域信號的重建過程，是語音處理中的重要技術(shù)。語音綜合作為語音輸出前的最后一個環(huán)節(jié)，直接影響著輸出語音的質(zhì)量。基于FFT的語音綜合具有高效靈活的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，具體方法是先對頻譜數(shù)據(jù)作反傅里葉變換，將變換結(jié)果循環(huán)移位后進行周期延拓，周期延拓序列最終與綜合窗序列相乘，乘積和輸出緩沖區(qū)中的暫存結(jié)果疊加即得到重建的時域語音信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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鑒于以上分析，本發(fā)明的目的是提供一種基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)電路系統(tǒng)的控制方法。

本發(fā)明提供一種基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其并行化設(shè)計能夠降低處理時延，快速實現(xiàn)語音信號的時域重建。

本發(fā)明提供一種基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路結(jié)構(gòu)的控制方法，能夠提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率，降低系統(tǒng)功耗。

本發(fā)明中基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)所采取的技術(shù)方案如下：

根據(jù)短時傅里葉分析算法提出一種基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其包括主控制模塊(1)、I²S輸入模塊(2)、IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)、I²S輸出模塊(6)、寄存器初始化模塊(7)、AHB總線模塊(8)、I²C總線模塊(9)。

進一步地，主控制模塊(1)分別與IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)通過AHB總線模塊(8)相互連接,與寄存器初始化模塊(7)通過AHB總線模塊(8)和I²C總線模塊(9)相互連接，I²S輸入模塊(2)與IFFT模塊(3)相互連接，IFFT模塊(3)與數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)相互連接，數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)與輸出緩存器模塊(5)相互連接，輸出緩存器模塊(5)與I²S輸出模塊(6)相互連接。

進一步地，I²S輸入模塊(2)、IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)和I²S輸出模塊(6)分別包含一個功能模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。

進一步地，基于FFT的語音綜合電路結(jié)構(gòu)包括:主控制子模塊(101)、I²S輸入功能模塊(103)、I²S輸入存儲模塊(102)、IFFT存儲模塊(104)、IFFT功能模塊(105)、IFFT旋轉(zhuǎn)因子存儲子模塊(106)、數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)、數(shù)據(jù)移位延拓存儲模塊(108)、輸出緩存器功能模塊(109)、輸出緩存器存儲模塊(110)、I²S輸出存儲模塊(111)、I²S輸出功能模塊(112)、寄存器初始化子模塊(113)、AHB總線模塊(114)及I²C總線子模塊(115)。

進一步地，主控制子模塊(101)根據(jù)寄存器初始化子模塊(113)的內(nèi)容配置整個電路系統(tǒng)中的寄存器參數(shù)，并啟動電路功能，語音頻譜數(shù)據(jù)通過I²S接口進入I²S輸入功能模塊(103)，I²S輸入功能模塊(103)將接收到的語音頻譜數(shù)據(jù)存入I²S輸入存儲模塊(102)中，I²S輸入存儲模塊(102)與IFFT存儲模塊(104)相連。

進一步地，I²S輸入存儲模塊(102)接收數(shù)據(jù)滿并發(fā)出訪存請求，主控制子模塊(101)根據(jù)電路系統(tǒng)狀態(tài)仲裁后通過AHB總線子模塊(114)通知IFFT存儲模塊(104)取走數(shù)據(jù)并存儲，IFFT功能模塊(105)對FFT存儲模塊(104)和IFFT旋轉(zhuǎn)因子存儲模塊(106)中的數(shù)據(jù)進行IFFT變換，完成頻域到時域的轉(zhuǎn)換，并發(fā)出數(shù)據(jù)輸出請求，主控制模塊(101)根據(jù)電路系統(tǒng)狀態(tài)仲裁后通過AHB總線子模塊(114)通知數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)取走數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)移位延拓存儲模塊(108)中進行處理，數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)完成數(shù)據(jù)的移位、周期延拓以及與綜合窗序列相乘加權(quán)后發(fā)出數(shù)據(jù)輸出請求，主控制子模塊(101)根據(jù)電路系統(tǒng)狀態(tài)仲裁后通過AHB總線子模塊(114)通知輸出緩存器功能模塊(109)取走數(shù)據(jù)并存入輸出緩存器存儲模塊(110)中，緩存器功能模塊(109)對數(shù)據(jù)進行移位累加，并將累加結(jié)果輸出給I²S輸出存儲模塊(111)，等待用戶通過I²S輸出功能模塊(112)取走語音綜合數(shù)據(jù)，完成語音信號的實時綜合。

進一步地，I²S輸入存儲模塊(102)為DPRAM，其深度為256bit，寬度為64bit,I²S輸入模塊每幀傳遞的語音數(shù)據(jù)為128個64bit的數(shù)據(jù)。

進一步地，IFFT存儲模塊(104)為DPRAM，其深度為128bit，寬度為64bit，IFFT功能模塊輸出的每幀分段數(shù)據(jù)為128個32bit的數(shù)據(jù)。

進一步地，IFFT旋轉(zhuǎn)因子存儲模塊(106)為ROM，其深度為64bit，寬度為64bit。

進一步地，數(shù)據(jù)移位延拓存儲模塊(108)為單端口ROM，其深度為512bit，寬度為32bit，數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)輸出的每幀分段數(shù)據(jù)為512個16bit的數(shù)據(jù)。

進一步地，輸出緩存器存儲模塊(110)為單端口RAM，其深度為512bit，寬度為16bit。

進一步地，I²S輸出存儲模塊(111)為DPRAM，其深度為256bit，寬度為16bit。

進一步地，寄存器初始化子模塊(113)為E²PROM。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種采用上述發(fā)明設(shè)計的一種基于FFT短時傅里葉分析的語音綜合電路結(jié)構(gòu)的控制方法流程如圖2所示，用于語音信號的綜合，該控制方法包括如下步驟：

(1)對語音綜合電路系統(tǒng)供電，主控制模塊(1)根據(jù)E²PROM中的初始化數(shù)據(jù)配置寄存器，執(zhí)行啟動功能；

(2)I²S輸入模塊(2)、IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)、I²S輸出模塊(6)并行工作,其中I²S輸入模塊(2)、I²S輸出模塊(6)的工作時鐘頻率為1.536MHz，IFFT模塊(3)的工作時鐘頻率為512KHz，數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)的工作時鐘頻率為256KHz，輸出緩存器模塊(5)的工作時鐘頻率為256KHz；

(3)I²S輸入功能模塊(103)處理通過I²S接口輸入的64bit復(fù)數(shù)頻譜數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入I²S輸入存儲模塊(102)；

(4)I²S輸入存儲模塊(102)存儲滿128個頻譜數(shù)據(jù)時發(fā)出訪存請求，主控制模塊((101))根據(jù)IFFT功能模塊(105)的工作狀態(tài)進行仲裁，在IFFT功能模塊(105)空閑時允許I²S輸入模塊(2)將頻譜數(shù)據(jù)存入IFFT存儲模塊(104)；

(5)IFFT功能模塊(105)對IFFT存儲模塊(104)中的頻譜數(shù)據(jù)進行128點的基2頻率IFFT運算，蝶形運算所需的64個旋轉(zhuǎn)因子取自IFFT旋轉(zhuǎn)因子存儲模塊(106)，IFFT模塊(3)輸出128個32bit的實數(shù)數(shù)據(jù)；

(6)IFFT功能模塊(105)完成數(shù)據(jù)頻域到時域的轉(zhuǎn)換后發(fā)出數(shù)據(jù)輸出請求；

(7)主控制子模塊(101)根據(jù)數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)的工作狀態(tài)進行仲裁，在數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)空閑時，允許數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)移位延拓存儲模塊(108)，執(zhí)行操作；

(8)數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)完成數(shù)據(jù)的循環(huán)移位、周期延拓以及與綜合窗序列相乘加權(quán)的功能后，發(fā)出數(shù)據(jù)輸出的請求；

(9)主控制子模塊(101)根據(jù)輸出緩存器功能模塊(109)的工作狀態(tài)進行仲裁，在輸出緩存器功能模塊(109)空閑時，通知輸出緩存器功能模塊(109)取走數(shù)據(jù)，并存入輸出緩存器存儲模塊(110)中；

(10)輸出緩存器功能模塊(109)完成數(shù)據(jù)的移位累加后，發(fā)出數(shù)據(jù)輸出的請求；

(11)主控制子模塊(101)根據(jù)I²S輸出模塊(6)的狀態(tài)進行仲裁，在I²S輸出模塊(6)空閑時，允許語音數(shù)據(jù)寫入I²S輸出存儲模塊(111)；

(12)I²S輸出存儲模塊(111)等待外部通過I²S輸出功能模塊(112)取走語音綜合完成的時域語音信號。

本發(fā)明成功將基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路實現(xiàn)，能夠用于將語音頻譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時域數(shù)據(jù)，并完成語音信號的實時綜合。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明方法設(shè)計的一種基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明方法設(shè)計的一種基于FFT短時傅里葉算法語音綜合電路結(jié)構(gòu)的控制方法流程圖。

具體實施方式：

為了更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。

如圖1所示，整個電路實現(xiàn)架構(gòu)包括主控制模塊(1)、I²S輸入模塊(2)、IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)、I²S輸出模塊(6)、寄存器初始化模塊(7)、AHB總線模塊(8)、I²C總線模塊(9)。

進一步地，主控制模塊(1)分別與IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)通過AHB總線模塊(8)相互連接,與寄存器初始化模塊(7)通過AHB總線模塊(8)和I²C總線模塊(9)相互連接，I²S輸入模塊(2)與IFFT模塊(3)相互連接，IFFT模塊(3)與數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)相互連接，數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)與輸出緩存器模塊(5)相互連接，輸出緩存器模塊(5)與I²S輸出模塊(6)相互連接。I²S輸入模塊(2)、IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)和I²S輸出模塊(6)分別包含一個功能模塊和相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲模塊。

進一步地，基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)包括:主控制子模塊(101)、I²S輸入存儲模塊(102)、I²S輸入功能模塊(103)、IFFT存儲模塊(104)、IFFT功能模塊(105)、IFFT旋轉(zhuǎn)因子存儲模塊(106)、數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)、數(shù)據(jù)移位延拓存儲模塊(108)、輸出緩存器功能模塊(109)、輸出緩存器存儲模塊(110)、I²S輸出存儲模塊(111)、I²S輸出功能模塊(112)、寄存器初始化模塊(113)、AHB總線子模塊(114)及I²C總線子模塊(115)。

主控制子模塊(101)根據(jù)寄存器初始化子模塊(113)的內(nèi)容配置整個電路系統(tǒng)中的寄存器參數(shù)，并啟動電路功能，語音頻譜數(shù)據(jù)通過I²S接口進入I²S輸入功能模塊(103)，I²S輸入功能模塊(103)將接收到的語音頻譜數(shù)據(jù)存入I²S輸入存儲模塊(102)中，I²S輸入存儲模塊(102)與IFFT存儲模塊(104)相連。

I²S輸入存儲模塊(102)接收數(shù)據(jù)滿并發(fā)出訪存請求，主控制子模塊(101)根據(jù)電路系統(tǒng)狀態(tài)仲裁后通過AHB總線子模塊(114)通知IFFT存儲模塊(104)取走數(shù)據(jù)并存儲。

IFFT功能模塊(105)對FFT存儲模塊(104)和IFFT旋轉(zhuǎn)因子存儲模塊(106)中的數(shù)據(jù)進行IFFT變換，完成頻域到時域的轉(zhuǎn)換，并發(fā)出數(shù)據(jù)輸出請求，主控制子模塊(101)根據(jù)電路系統(tǒng)狀態(tài)仲裁后通過AHB總線子模塊(114)通知數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)取走數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)移位延拓存儲模塊(108)中進行處理。

數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)完成數(shù)據(jù)的移位、周期延拓以及與綜合窗序列相乘加權(quán)后發(fā)出數(shù)據(jù)輸出請求。

主控制子模塊(101)根據(jù)電路系統(tǒng)狀態(tài)仲裁后通過AHB總線子模塊(114)通知輸出緩存器功能模塊(109)取走數(shù)據(jù)并存入輸出緩存器存儲模塊(110)中，輸出緩存器功能模塊(109)對數(shù)據(jù)進行移位累加，并將累加結(jié)果輸出給I²S輸出存儲模塊(111)。

用戶通過I²S輸出功能模塊(112)取走語音綜合數(shù)據(jù)，完成語音信號的實時綜合。

如圖2所示是一種基于FFT短時傅里葉算法語音綜合電路系統(tǒng)的控制方法流程圖，系統(tǒng)控制方法包括如下步驟：

(1)對語音綜合電路系統(tǒng)供電，主控制模塊(1)根據(jù)E²PROM中的初始化數(shù)據(jù)配置寄存器，執(zhí)行啟動功能；

(2)I²S輸入模塊(2)、IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)、I²S輸出模塊(6)并行工作,其中I²S輸入模塊(2)、I²S輸出模塊(6)的工作時鐘頻率為1.536MHz，IFFT模塊(3)的工作時鐘頻率為512KHz，數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)的工作時鐘頻率為256KHz，輸出緩存器模塊(5)的工作時鐘頻率為256KHz；

(3)I²S輸入功能模塊(103)處理通過I²S接口輸入的64bit復(fù)數(shù)頻譜數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入I²S輸入存儲模塊(102)；

(4)I²S輸入存儲模塊(102)存儲滿128個頻譜數(shù)據(jù)時發(fā)出訪存請求，主控制模塊((101))根據(jù)IFFT功能模塊(105)的工作狀態(tài)進行仲裁，在IFFT功能模塊(105)空閑時允許I²S輸入模塊(2)將頻譜數(shù)據(jù)存入IFFT存儲模塊(104)；

(5)IFFT功能模塊(105)對IFFT存儲模塊(104)中的頻譜數(shù)據(jù)進行128點的基2頻率IFFT運算，蝶形運算所需的64個旋轉(zhuǎn)因子取自IFFT旋轉(zhuǎn)因子存儲模塊(106)，IFFT模塊(3)輸出128個32bit的實數(shù)數(shù)據(jù)；

(6)IFFT功能模塊(105)完成數(shù)據(jù)頻域到時域的轉(zhuǎn)換后發(fā)出數(shù)據(jù)輸出請求；

(7)主控制子模塊(101)根據(jù)數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)的工作狀態(tài)進行仲裁，在數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)空閑時，允許數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)移位延拓存儲模塊(108)，執(zhí)行操作；

(8)數(shù)據(jù)移位延拓功能模塊(107)完成數(shù)據(jù)的循環(huán)移位、周期延拓以及與綜合窗序列相乘加權(quán)的功能后，發(fā)出數(shù)據(jù)輸出的請求；

(9)主控制子模塊(101)根據(jù)輸出緩存器功能模塊(109)的工作狀態(tài)進行仲裁，在輸出緩存器功能模塊(109)空閑時，通知輸出緩存器功能模塊(109)取走數(shù)據(jù)，并存入輸出緩存器存儲模塊(110)中；

(10)輸出緩存器功能模塊(109)完成數(shù)據(jù)的移位累加后，發(fā)出數(shù)據(jù)輸出的請求；

(11)主控制子模塊(101)根據(jù)I²S輸出模塊(6)的狀態(tài)進行仲裁，在I²S輸出模塊(6)空閑時，允許語音數(shù)據(jù)寫入I²S輸出存儲模塊(111)；

(12)I²S輸出存儲模塊(111)等待外部通過I²S輸出功能模塊(112)取走語音綜合完成的時域語音信號。

如上所述，在本發(fā)明設(shè)計的一種基于FFT短時傅里葉算法的語音綜合電路結(jié)構(gòu)及其控制方法中，I²S輸入模塊(2)、IFFT模塊(3)、數(shù)據(jù)移位延拓模塊(4)、輸出緩存器模塊(5)、I²S輸出模塊(6)分別采用不同的工作時鐘，能夠相互配合實現(xiàn)流水線并行工作，從而提高數(shù)據(jù)吞吐率。在滿足實時地將頻譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時域數(shù)據(jù)，并完成語音信號的實時綜合，同時還能夠降低電路功耗。