DSP播音的編程研究論文

時間：2022-09-17 05:32:00

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DSP播音的編程研究論文

摘要該文介紹了dsp編程的基本原則和方法,并給出程序實例幫助理解,讀者可以此為基礎來拓展、生成自己的實用程序。

在DOS下編程,將聲音轉化為數據記錄下來,或將數據轉化為聲音,通過聲卡上配置的喇叭回放出來,是一項很有實用價值和開發魅力的技術。時下流行的聲卡,如SoundBlasterPro及其兼容卡,都配有數字聲音處理器DSP芯片(DigitalSoundProcessor),專門用于對聲音進行數字記錄及回放,是聲音數字處理的基礎硬件。而WAV文件、VOC文件等,則都是這些數據記載的具體形式。Creative公司為了方便用戶,提供了一組CT-Voice驅動程序,專門針對VOC文件,作為開發利用DSP功能的軟接口,使用比較方便。但是,也造成了某些限制。對于開發者而言,直接對DSP硬件編程,實現其功能,也許是更有吸引力的。

聲音,無論是從揚聲器輸出的,還是從話筒輸入的,都是模擬量。

而數據,無論是內存里操作的,還是磁盤上存儲的都是數字量。因此,微機處理聲音,大多離不開ADC與DAC兩種轉換。由于聲音數據的數據量比較大,在聲音的數字處理中,除直接由CPU進行傳輸外,批量數據常采用DMA方式傳輸,以節省較多的CPU時間。

總括起來,ADC與DAC兩種轉換方式,直接傳輸和DMA傳輸這兩種傳輸方式,再加上不同的壓縮方式,如喇叭控制、靜寂等等,所有這些的不同組合,就構成了DSP的各種功能。根據DSP的硬件原理,其各種功能都規定了一定的操作步驟。

一、DSP編程要點

在DSP編程中,主要注意命令與端口兩個層次的操作。

1.DSP命令。DSP的功能一般以一個操作碼(稱作命令號)的寫操作為中心,按規定的步驟,配合若干必要的輔助操作,構成一串操作的組合,稱為DSP命令。如8位直接播放功能命令號為10h,8位直接錄音功能命令號為20h,喇叭的通斷功能命令號分別為d1h與d3h等等。

2.端口操作。DSP命令主要靠端口操作來實現。端口操作包括DSP初始化、寫DSP命令(即發DSP命令)、讀DSP狀態參數、DSP中斷等。所涉及的端口地址及相應的用途如表1。

表1DSP端口及用途

端口地址由基址2x0h加6、0ah、0ch、0eh等形成,其中,x可取值1、2、3、4、5、6等,具體情況隨硬件設置而定,多數卡在出廠被默認設置為2,即基址為220h。通過跳線,可改變此值,避免與其它設備口地址沖突。

二、編程實例

DSP的功能是比較豐富的,限于篇幅,本文只簡要介紹其中的8位直接播放功能,由此舉一反三,其它功能的用法不難得知。各功能的規定操作可參考文獻1和2。

1.命令操作步驟。8位直接播放功能的操作步驟如下:

·寫命令號10h;

·寫數據字節(即播放聲音的8位數據);

·按采樣率所需時間周期延時。

以此三步操作為循環體,進行n次循環,即完成播放。其中,n為聲音數據字節數。

2.2xch端口寫操作。在DSP編程中,無論是發送命令,還是發送數據,都是通過寫端口2xch來完成的。在寫端口2xch之前,應先讀此端口,直到所得值的bit7為0,這才表明此端口處于可寫狀態,才能進行寫操作。此過程的c語言形式如下:

while(inportb(0x22c)&0x80);

outportb(0x22c,byte);

這里假定端口基址為220h。句中byte可以是命令號,也可以是數據。

3.定時器。為使播放按一定的采樣率進行,需對數據發送進行定時控制。這一般是借用主機定時中斷int8,將其調用頻率提高到與采樣率相當的程度,利用其監視、控制數據發送的時間,來滿足播音頻率的要求。關于定時中斷的編程技術已有過許多介紹,限于篇幅,不再贅述,讀讀文后的程序清單,即一目了然。應該說明的是,對于CPU較慢的機型如386,由于計時代碼本身的執行時間可能已經超過采樣率對應的時間周期,定時控制就達不到預期的效果。這種情況下,用一個空循環來定時,調整循環次數,即可滿足頻率要求。此法的缺點是定時精度差,參數因CPU速度而異。所幸的是,目前多數配置多媒體的PC機,其CPU都在486以上。

4.內存利用。人耳可辨聲音的最高頻率可達20kHz以上,因此DSP的采樣率至少也要達到與此相當的水平,而為了容納立體聲雙聲道信息,采樣率還要再翻一倍。常見的WAV聲音的采樣率有44100、22050、11025等。在這么高的采樣率下,聲音的數據量自然很大,如44k采樣率下,20秒的錄音數據長達800多k。為在DOS常規內存內處理這種規模的數據,實例程序采取了分塊處理的方式,將數據分成以當前剩余自由內存大小為單位的塊,將其逐次讀入,逐次處理。同時,由于C語言的read()函數每次讀操作的字節數最多不過64k-1,因此,每一個分塊又需分

若干次讀入。實例表明,經此法處理的播放程序不受WAV文件長度的限制,筆者在Windows下錄制的長達5M多的WAV文件(11k采樣率,約8分鐘)也照播不誤。

5.聲音文件。本文提供的程序實例其聲音數據取自WAV文件,其實,對于VOC文件,本播放技術也一樣適用,只不過數據的讀取格式有所不同而已。關于WAV文件的格式,可參考文獻3,VOC文件的格式參考獻1和2。

實例程序用BorlandC++3.1編譯,在配置OPTI386主板、海洋48

6主板及多種與SoundBlasterPro兼容聲卡的兼容機上運行通過。

三、源程序清單

#include<io.h>

#include<dos.h>

#include<conio.h>

#include<stdio.h>

#include<fcntl.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

#include<alloc.h>

#include"timer.h"

#definen120

#definen2100

structWavHead

{

charriff[4];

longsize0;

charwavefmt[8];

longsize1;

intfmttag;

intchannel;

longsamplespersec;

longbytespersec;

intblockalign;

intbitspersample;

charflg[4];

}whead;

unsignedPort=0x210;

charFound=0;

unsignedcnt1,cnt2;

voidPortReset();

voidoutwave(un

signedcharhuge*,long);

voidWritePortC(unsignedchar);

voiderrexit(char*);

voidmain()

intfp;

unsignedn,r,nn,i,j;

charname[32];

longfermem,rr,datasize;

unsignedcharhuge*data,huge*p;

if(argc<2)errexit("missfilename\n");

strcpy(name,argv[1]);strcat(name,".wav");

fp=-open(name,0-RDONLY);if(fp=-1)errexit("Erroropenfil

e\n");

-read(fp,&whead,sizeof(WavHead));

if(whead.blockalign=1&&strncmp(whead.flg,"data",4)==0)

{

-read(fp,&datasize,4);//單聲道WAV數據

}

elseif(whead.blockalign=2&&strncmp(whead.flg,"fact"

,4)==0)

{

lseek(fp,12l,1);

-read(fp,&datasize,4);//雙聲道WAV數據

}

elseerrexit("Errorfilestruct\n");

farmem=farcoreleft();

PortReset();//初始化DSP端口

Counter=0;//開始計時

SetTimer(NewTimer,44100);//調整時間中斷頻率

WritePortC(0xd1);//接通喇叭

if(farmem≥datasize)//數據量不超過內存容量

{

p=data=(unsignedcharhuge*)farmalloc(datasize);

n=datasize/32768;r=datasize%32768;

for(i=0;i<n;i++,p+=32768)-read(fp,p,32768);

-read(fp,p,r);

outwave(data,datasize);

}

else//數據量超過內存容量

{

nn=datasize/farmem;//分塊操作的塊數

rr=datasize%farmem;//最后一塊的大小

n=farmem/32768;//每塊read次數

r=farmem%32768;//read余零尾數

data=(unsignedcharhuge*)farmalloc(farmem);

for(i=0;i<nn;i++)//逐塊處理

{

p=data;

for(j=0;j<n;j++,p+=32768)-read(fp,p,32768);

-read(fp,p,r);

//讀入內存

outwave(data,farmem);//發送聲音數據

}

p=data;

n=rr/32768;r=rr%32768;//最后塊的操作

for(i=0;i<n;i++,p+=32768)-read(fp,p,32768);

-read(fp,p,r);

//讀入

outwave(data,rr);//發送

}

WritePortC(0xd3);//斷開喇叭

RestoreTimer();//恢復時間中斷

farfree(data);

-close(fp);

}

voidPortReset()//初始化DSP端口

{

cnt1=n1;

while(Port≤0x260)&&!Found)

{//測端口基址

outportb(Port+6,1);

outportb(Port+6,0);

cnt2=n2;

while(cnt2>2&&inportb(Port+0xe)<128)--cnt2;

if(cnt2=0||inportb(Port+0xa)!=oxaa)

{

--cnt1;

if(cnt1==0)

{

cnt1=n1;

Port=Port+0x10;

}

}

elseFound=1;//找到基址

}

if(!Found)errexit("Resetfailed\n");//找不到基址

}

voidoutwave(unsignedcharhuge*p,longlen)

{//發送聲音數據

longi;

intsmpl;

smpl=44100/whead.samplespersec/whead.blockalign;

//采樣周期系數

for(i=0;i<len;i++)

{

WritePortC(0x10);//發送命令

WritePortC(p[i]);//發送數據

while(Counter<smpl);Counter=0;//定時

}

}

voidWritePortC(unsignedcharv)

{

while(inportb(Port+0xc)&0x80);//等待寫有效狀態

outportb(Port+0xc,v);//寫端口(發送)

}

voiderrexit(char*msg)

{

-AX=3;

asmint10h

printf(msg);

exit(0);

}

//Timer.h

#includ<dos.h>

#defineOldTimerInt0x60

unsignedlongCounter;

unsignedCounterInt8,fpI8;

voidSetTimer(voidinterrupt(*Rout)(…),unsignedfreq)

{//設置新頻率的定時中斷

intICnt;

fpI8=(freq+9)/18;//新舊頻率的倍數

asmcli

ICnt=1193180/freq;

outportb(0x43,0x36);

outportb(0x40,ICnt&255);

outportb(0x40,ICnt》8);

setvect(OldTimerInt,getvect(

8));//保存舊定時中斷

setvect(8,rout);//置新的定時中斷

samsti;

}

voidRestoreTimer()

{

asmcli

outportb(0x43,0x36);

outportb(0x40,0);

outportb(0x40,0);

setvect(8,getvect(OldTimerInt));//恢復原定時中斷

asmsti

}

voidinterruptNewTimer(…)

{//新定時中斷

REGPACKR;

Counter++;//給應用程序提供新頻率的計數

if(--CounterInt8=0)

{

intr(OldTimerInt,&R);//按原頻率走動時鐘

CounterInt8=fpI8;//用新舊頻率的倍數分頻

}

elseoutportb(0x20,0x20);//退出中斷

}

參考文獻

1閻小兵等.多媒體開發工具.北京:電子工業出版社,1994.

2JoshaMunnik等著,敬萬鈞等譯.聲霸--原理與應用.北京:電子工業出版社,1995.

3石寧等.在DOS下使用Windows*.WAV文件.計算機世界月刊,1995(3)44-46.