基于dsp的语音信号编码器 - 图文

摘要

近年来，随着多媒体信息技术和网络技术的高速发展，数字语音压缩技术的

应用领域越来越广泛，尤其在可视电话、PI网络电话、数字蜂窝移动通信、综合业务数字网、公共交换电话网和话音存储转发系统等领域中，目的是在保证语音一定质量的前提下尽可能降低其编码比特率，便于在有限的传输带宽内让出更多的信道来传送图像、文档、计算机文件和其他数据流。为此，国际电信联盟(ITU)于1996年分别推出了G.729标准，即共扼结构代数码激励线性预测编码(CS·ACELP)方案，以及G.723.1标准，即具有6.3kbps和5.3kbps两个编码速率的低码率编码算法，两者具有语音质量高、低延时和稳定性好的优点，可用于数字语音通信领域，具有很高的研究价值。本文首先简要的介绍了语音压缩编码算法的发展进程，以及发展趋势。在着重分析和研究了G.729标准的算法原理的基础上，详细说明了基于高性能DSP(TMS320F2812)的语音压缩编解码系统的实现方法，并针对算法的实时实现出现的运算量大的问题，提出了算法实现的代码优化方法。通过将优化后的算法加载到TMS320F2812中，进行仿真，分析算法的压缩性能。全文概述了语音压缩编解码的发展进程、趋势以及课题的主要研究内容及意义。分析了语音信号编、解码原理与G.729标准的算法原理和论述了TMS320F2812软、硬件的开发和设计。对结果进行讨论与验证。详细的对全文进行了总结。

关键词:语音压缩编码，G.729标准，G.723.1标准，DSP，TMS320F2812

ABSTRACT

With the rapid development of Multimedia communication technology and Internet technology, Application of Digital speech Coding is more widely in recent years, especially in the area of Visible telephone、IP Internet telephone、Digital cellular mobile communication、Integrated server digital network、Public Switched telephone Network and Packet transfer Voice System，etc. Digital speech Coding can reduce rate of bits ,for the purpose of provided more channels to transfer image、document、computer files and other Data stream, but the operation must assure quality of speech. So ITU introduce G.729, a voice compressing criterion, Conjugate-structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction(CS-ACELP) and G.723.1 criterion，6.3kbps and 5.3kbps rate speech Coding in 1996.Tow criterion have the advantages of high speech quality、low time delay and good stability，which can be applied in the area of digital speech communication and be worth researching highly. First of all the development course and tendency of Speech Compress Coding has been introduced. On the basis of analysis and research to theory of G.729 criterion arithmetic，realization of the algorithm of speech coding’s system based on TMS32V0C5509 is narrated .Due to large operation when arithmetic is run in real-time，several methods of optimized codes was put forward .Loaded optimized codes in TM S32V0C5509 and simulated，the arithmetic’s performance was compared·

Whole paper summarizes the classification、standard and tendency of Speech coding ; theories of G.729 criterion arithmetic are analyzed: design of hardware and software speech coding，system based on TMS320f2812; the results of the experiment are analyzed; the main conclusions of design are summarized.

Key Words: Speech Compress Coding, G.729 criterion,G.723.1criterion,DSP TMS320F2812

第

1章引言

1.1语音编码的发展进程

语音信号处理的研究工作最早可以追溯到1876年贝尔发明的电话，该发明首次用声电、电声转换技术实现了远距离的语音传输。1939年Dudley研制成功第一个声码器，从此奠定了语音产生模型的基础，这一工作在语音信号处理领域具有划时代的意义13114]。本世纪30年代以前，语音信号的处理及传输均是以模拟的方式进行。1937年A.H.Reeves提出了脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation)理论开创了语音数字化通信的历程。数字化语音的传输与存储可靠性、抗干扰、速交换、易保密等各方面都远胜于模拟语音。从最初的64kbps的标准PCM波形编码器到现在4kbps以下的参量编码的声码器，语音压缩编码在几十年里得到迅速发展。语音压缩编码的发展经历了以下几个阶段:波形编码、参量编码及二者相结合的混合编码。此外还有此基础上发展而来的增强多带激励声码器MBE(IMBE)算法。波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码，力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。

波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样，然后将幅度样本分层量化，并用代码表示。解码是相反过程，将接收的数字序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。波形编码具有抗噪性能强、语音质量好等优点，但需要较高的数码率，一般为16kbps~ 64kbps。如果希望有较高的编码质量，当编码速率在下降时，其合成语音的性能会下降得很快。典型的波形编码器是速率为32kbPs的自适应差分脉冲编码ITU-T G.726(ADPCM-Adaptive difference PCM)和子带编码CCI竹.G722(SBC-Sub band coding)等。最近，对于波形编码器又提出了一些新技术，例如后滤波器、改进激励程序等，使得语音质量有比较大的提高。

参数编码又称为声码器技术，它通过对语音信号进行分析，提取参数来对参数进行编码，在接收端能够用解码后的参数重构语音信号。参数编码主要是从听觉感知的角度注重语音的重现，即让解码语音听起来与输入语音是相同而不是保证其波形相同。这种编码方式一般对数码率的要求要比波形编码低很多，但只能达到合成语音的质量(即自然度、讲话者的可识别性都较差的语音)，即使码率提高到与波形编码相当时，语音质量也不如波形编码。应用广泛的线性预测LPC(Linear Predictive Coding)声码器是典型的语音参数编码器。最新的参数编码器有正弦变换编码器、波形内插编码器等。

20世纪70年代中期，特别是20世纪80年代以来，语音编码技术有了突破性的进展，一些非常有效的处理办法被提出，产生了新一代的参数编码算法，也就是混合编码。混合编码克服了参数编码激励形式过于简单的缺点，成功地将波形编码和参数编码两者的优点结合起来，既利用了语音产生模型，通过对模型参数进行编码，减少被编码对象的动态范围和数据量，又使编码过程产生接近原始语音波形的合成语音，以保留说话人的各种自然特征，提高了语音质量。混合编码器在4kbps一16kbps的数码率上能够得到高质量的合成语音。得到最广泛研究的混合编码算法是基于线性预测技术的分析-合成编码方法LRABS(Linear prediction Analysis-By Synthesis)。

最早的LRABS编码思想是在1981年提出，但最早实用的LRABS方案则是由Atal和Remede提出多脉冲激励线性预测Mp-LPC(Multiple pulse Excitation LPC)编码。今天，一般把以LRABS为基础的用VQ(矢量量化)技术对激励信号进行量化编码的算法统称为CELP。虽然CELP在中等速率语音编码上取得了较令人满意的效果，但当编码速率进一步 …… 此处隐藏：5290字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……