【正文】 的系統(tǒng)，當(dāng)用在與訓(xùn)練環(huán)境不匹配的實(shí)際環(huán)境時(shí)性能下降的程度）不夠好。單一編碼算法，由于碼率和算法固定，系統(tǒng)的靈活性較差。 ITU 建議 也被稱(chēng)作 “共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼方案 ”(CSACELP)，它是當(dāng)前較新的一種語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 算法采用 “共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼方案 ”（ CSACELP） 算法。 CVSD 編碼器在低于 24kb/s時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量較優(yōu)，主要是顆粒噪聲低、聽(tīng)起來(lái)比較清晰。 CVSD 的量化步長(zhǎng)是可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的，它通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的振幅變化率來(lái)調(diào)節(jié)量化步長(zhǎng)的增 量值，當(dāng)輸入信號(hào)的振幅變化率增大時(shí)，增量值也相應(yīng)增大，反之亦然。 ADPCM 記錄的量化值不是每個(gè)采樣點(diǎn)的幅值 ,而是該點(diǎn)的幅值與前一個(gè)采樣點(diǎn)幅值之差。 ADPCM 主要是針對(duì)連續(xù)的波形數(shù)據(jù)的，保存的是波形的 變化情況，以達(dá)到描述整個(gè)波形的目的，但是它的編碼和解碼的過(guò)程卻很簡(jiǎn)潔。使其可以實(shí)現(xiàn)在單片 TMS320VC5409 上完成 4 路語(yǔ)音的全雙工通信，并實(shí)現(xiàn) 、 CVSD、 ADPCM 算法之間的編碼轉(zhuǎn)換。 的編碼過(guò)程： 首先， 對(duì)模擬輸入 語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)話路帶寬濾波（符合 ITU 建議）后，被以 8kHz為采樣頻率進(jìn)行采樣，再量化成 16bit 線性 PCM（脈沖編碼調(diào)制）數(shù)字信號(hào)輸入到編碼器。第一部分是半個(gè)漢明窗，第二部分是四分之一個(gè)余弦信號(hào)?；糁档姆秶?18~145 個(gè)樣本點(diǎn)之間。 5 固定碼本搜索 固定碼本矢量含有四個(gè)非 0 脈沖，每個(gè)脈沖的幅度要可以是 +1 或 1。 固定碼本 自適應(yīng)碼本 預(yù)處理 基音分析 感覺(jué)加權(quán) 合成濾波器 參數(shù)編碼 線性預(yù)測(cè)分析、量化、插值 語(yǔ)音輸入 增益量化 固定碼本搜索 LPC 信息 LPC 信息 LPC 信息 發(fā)送碼流 加法器 加法器 圖 編碼框圖 7 解碼過(guò)程： 的解碼也是按幀進(jìn)行的，主要是對(duì)符合 協(xié)議的碼流進(jìn)行解碼，得到相應(yīng)的參數(shù)，根據(jù)語(yǔ)音產(chǎn)生的機(jī)理，合成語(yǔ)音。然后解碼出基音周期，獲得自適應(yīng)碼本矢量 V(n)。最后將激勵(lì)信號(hào) u(n)輸入到線性預(yù)測(cè)合成濾波器中，計(jì)算出重構(gòu)語(yǔ)音 S（ n） 。后置濾波能夠有效地改善合成出的語(yǔ)音質(zhì)量 [3]。這些系數(shù)轉(zhuǎn)換為線性譜對(duì) (LSP)，并使用有兩個(gè)階段的預(yù)測(cè)向量量化器（ VQ）進(jìn)行 18 比特量化。量化的和未量化的 LP 濾波器系數(shù)用于第二個(gè)子幀，而第一個(gè)子幀中使用內(nèi)插 LP 濾波器系數(shù)（包括量化的與未量化的）。這些濾波器的初始狀態(tài)在對(duì) LP殘差和激勵(lì)的誤差率波后更新。通過(guò)消除（濾波后的）自適應(yīng)碼本分量，目標(biāo)信號(hào) x (n)得到更新，新的目標(biāo) x’(n)在固定碼本搜索中用來(lái)尋找最優(yōu)激勵(lì)。 編碼器采用長(zhǎng)為 10 毫秒的幀編碼語(yǔ)音和其他 音頻信號(hào)。這些參數(shù)即 LSP 系數(shù)、兩個(gè)音節(jié)延遲、兩組自適應(yīng)和固定碼本增益。 3. 重建的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)后處理階段，在這個(gè)階段中包含基于長(zhǎng)期 /短期合成濾波器的自適應(yīng)后濾波，并需要高通濾波和放大操作。這種計(jì)算采用自適應(yīng)濾波器進(jìn)行編碼，從而以低于標(biāo)準(zhǔn) 64Kb/s 技術(shù)的速率進(jìn)行傳輸。 ADPCM 已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， CCITT（ ITU 的前身）在 1988 年指定的 標(biāo)準(zhǔn)就是 ADPCM 的編碼標(biāo)準(zhǔn)。 如圖 所示，其編碼過(guò)程為：從編碼器輸入 8 位的 A 律或 181。(n)，供反饋回路生成重構(gòu)信號(hào)和預(yù)測(cè)信號(hào)。180。(n)的線性組合 : y(n)=k(n) y180。 k(n)由自適應(yīng)控制器模塊根據(jù)差分信號(hào)變化速率來(lái)確定。(n) d(n) c(n) d180。(n) y(n) k(n) y(n) t180。 解碼器與編碼器類(lèi)似，其模塊基本上與編碼器中的反饋回路部分相同。并且易于 實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中 P 是能使系統(tǒng)對(duì)斜率過(guò)載作出響應(yīng)的一個(gè)較大常數(shù)。參數(shù) k 控制自適應(yīng)的速度：如果 k 接近 1， △ （ n）增加或者減小的速率變慢；若 k很小，則自適應(yīng)速度加快。 圖中，輸出濾波器的功能一般對(duì) CVSD 編碼是相當(dāng)關(guān)鍵的。阻帶最小衰減為 ，溫帶最大衰減為 。 DSP 器件按照用途分類(lèi)可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是專(zhuān)門(mén)用于 FFT、 FIR 濾波、卷積等運(yùn)算的芯 片，稱(chēng)為專(zhuān)用 DSP 器件；另一類(lèi)是可以通過(guò)編程完成各種擁護(hù)要求的信息處理任務(wù)的芯片，稱(chēng)為通用數(shù)字信號(hào)處理器件。本文采用了TI 公司的 TMS320VC5409 定點(diǎn) DSP 實(shí)現(xiàn)了上述三種語(yǔ)音編解碼算法。與現(xiàn)在流行的 TMS320C5409 相比，性能提高了 60%，功耗效率提高了 50%。外圍電路包括 1 個(gè)定時(shí)器， 1 個(gè)主機(jī)接口，并且具有 DMA 和片內(nèi)引導(dǎo)功能。 ⑺ TI 公司的 DSP 芯片出廠時(shí)，在片內(nèi) ROM 中固化有引導(dǎo)裝載程序 Bootloader，其主要功能就是將外部的程序裝載到片內(nèi) RAM 中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度 [10]。 接收端接收到的 壓縮碼流在 DSP 中被解碼成對(duì)數(shù) PCM 信號(hào)，再經(jīng)過(guò) D/A 變換和用戶(hù)電路，最終得到模擬話音。 16 圖 單路信號(hào)的硬件系統(tǒng)框圖 （ 2） 算法的硬件選擇 程序定義了兩個(gè)標(biāo)志變理 flag flag2。其中 INT0 中斷在測(cè)試中是無(wú)編碼轉(zhuǎn)換的跳轉(zhuǎn)，但在應(yīng)用中用于選擇 32kbps 的 CVSD 算法。收發(fā)的數(shù)據(jù)流字長(zhǎng)可以是 11 2 32bit，每幀最多可以有 128 個(gè)字。 PCM碼流是 4 路 8bit 的 Alaw 信號(hào)，因此定義字長(zhǎng)為 8 位 ； McBSP1 收發(fā) 的碼流。如圖 所示 。 （ 4） 數(shù)據(jù)流的傳輸（串口與存儲(chǔ)區(qū)） VC5409 提供了 6 個(gè) DMA 通道，用戶(hù)可以設(shè)置每個(gè) DMA 通道的源地址、目的地址、一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、同步事件和中斷方式等。s 125181。 串口與存儲(chǔ)區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換由 CPU 或 DMA 控制器完成。為了避免 DMA 讀取數(shù)據(jù)過(guò)程中連續(xù)碼流溢出，設(shè)計(jì)緩沖區(qū)為雙倍大小。 硬件 設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮： 1. 時(shí)鐘電路。 。 McBSP 接口是一個(gè)很重要的片上外設(shè)，因?yàn)?’C54x的內(nèi)部沒(méi)有集成更多的通用接口，所以在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常用 McBSP接口實(shí)現(xiàn) DSP 與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞，例如用 McBSP 接都在實(shí)現(xiàn)外部A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳遞。 21 圖 數(shù)據(jù)流的收發(fā)與傳輸 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 為了使 TMS320VC5409 的仿真器能夠調(diào)試用戶(hù)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)電路板是必須設(shè)計(jì)與仿真頭相匹配的 14 跟仿真線（ JTAG）。然后，可用示波器或邏輯分析儀測(cè)試 DSP 的 CLKMD 引腳是否有信號(hào)輸出，并測(cè)試一下該信號(hào)的頻率是多少。開(kāi)機(jī)加電并進(jìn)入運(yùn)行仿真系統(tǒng)軟件，如果仿真系統(tǒng)的軟件能夠正常運(yùn)行，那么 DSP 部分的硬件基本正常。 根據(jù)插值 定 理，可以選擇低通濾波器無(wú)失真地恢復(fù)原始信號(hào)。 116 6 7 9 0 0 0 6 6 5 6 6 5 9 )(????? ????zH (16kbps) 24 116 7 6 3 0 0 0 1 6 1 7 6 1 7 )(????? ????zH (32kbps) 算法的回聲抵消模塊 算法編碼延時(shí)為 15ms，回聲現(xiàn)象比較明顯，必須引入加聲抵消算法加以抑制。 回聲抵消模塊的輸入是當(dāng)前一幀輸入語(yǔ)音信號(hào)與以前解碼器輸出的一階合成語(yǔ)音。鑒于 DP 一頁(yè)有 128 字，所以可以考慮前兩路編解碼器變量共用一頁(yè)存儲(chǔ)區(qū)；后兩路編解碼器變量共用一頁(yè)存儲(chǔ)區(qū)。 ② 對(duì) CVSD 和 ADPCM 算法，由于輸入輸出信號(hào)不分幀（逐樣點(diǎn)處理），而碼流格式又取得了一致，所以可以共享輸入輸出存儲(chǔ)單元。 軟件的調(diào)試 TMS320VC5409 的軟件主要是在仿真器上調(diào)試的 。 為了提高程序效率，將定點(diǎn) C 程序用手工的方法編寫(xiě)匯編語(yǔ)言是很重要的。一般來(lái)說(shuō)，匯編語(yǔ) 言實(shí)現(xiàn)的結(jié)果應(yīng)該與 C 語(yǔ)言程序模擬的結(jié)果完全一致 [8]~[9]。本系統(tǒng)的初始化工作包括： 。 如 晶體的頻率為 20MHz， 則開(kāi)始時(shí)的時(shí)鐘為 10 MHz，正常工作的頻率為 62 MHz，因此需要設(shè)置的倍數(shù)為 3（ 20 3=60）。程序包括：初始化程序、語(yǔ)音編解碼程序串行口中斷服務(wù)程序、 INT0 中斷服務(wù)程序等。 語(yǔ)音編碼技術(shù)的研究開(kāi)始于 20 世紀(jì) 30 年代末發(fā)明的聲碼器，在近 70 年的時(shí)間里，語(yǔ)音編碼已經(jīng)取得了迅速發(fā)展，這是數(shù)字通信系統(tǒng)和電信網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的需要。 盡管 現(xiàn)在的通信網(wǎng)絡(luò)容量在不斷增加，但語(yǔ)音信號(hào)壓縮編碼一直在應(yīng)用中受到關(guān)注，這是以為它有著廣泛的應(yīng)用前景。它與模擬語(yǔ)音系統(tǒng)相比具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性能好、易于集成化等優(yōu)點(diǎn)。 ②語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字儲(chǔ)存。這類(lèi)應(yīng)用對(duì)編碼器的實(shí)時(shí)性要求不高，不一定要求實(shí)時(shí)編碼，但要求有 28 較高的壓縮效率，以降低所需的存儲(chǔ)器容量。對(duì)于目前正蓬勃興起的移動(dòng)通信和個(gè)人通信，語(yǔ)音編碼技術(shù)是非常重要的支撐技 術(shù)。實(shí)際系統(tǒng)的各算法性能也通過(guò)了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試 。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 陳 老師都始終 給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助， 盡管無(wú)法一一致謝，但在這里還是 請(qǐng)接受 我 最 誠(chéng)摯的謝意 ! 最后我還要感謝 通信工程系 和我的母校 — 長(zhǎng)春理工大學(xué) 光電信息學(xué)院 四年來(lái)對(duì) 我的栽培。在此謹(jǐn)向 陳 老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 在論文寫(xiě)作過(guò)程中，得到了 電子信息工程學(xué)院陳桂芬 老師的親切關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)。總之，語(yǔ)音編碼技術(shù)有著無(wú)比光明的未來(lái)！ 29 結(jié) 論 各算法的復(fù)雜度和存儲(chǔ)量如 下 表所示，實(shí)現(xiàn)所用資源 。在這類(lèi)應(yīng)用中，人們最關(guān)心的是語(yǔ)音質(zhì)量和存儲(chǔ)要求 [7]。這類(lèi)應(yīng)用又被稱(chēng)為數(shù)字語(yǔ)音錄放系 統(tǒng)。并具有多次音頻轉(zhuǎn)接能力。主要有數(shù)字通信系統(tǒng)、移動(dòng)無(wú)線電 、蜂窩電話和保密話音系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)近三十年的研究， 提出了許多語(yǔ)音數(shù)字壓縮的方法，到 20 世紀(jì) 90 年代初期，速度為4~8kbit/s 的波形與參數(shù)混合編碼器，在語(yǔ)音質(zhì)量上已經(jīng)接近前者的水平，達(dá)到實(shí)用化的水平，并且已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化的階段。 27 第 五 章 多制式語(yǔ)音編碼的 發(fā)展 前景 隨著信息社會(huì)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，頻率資源變的愈加寶貴。打開(kāi)串行口和 INT0 中斷（外部脈沖每 10ms 中斷一次），設(shè)置方法是對(duì) IMR 寄存器進(jìn)行設(shè)置； 。系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)，時(shí)鐘是根據(jù)外部三個(gè)引腳的設(shè)置進(jìn)行的。總體調(diào)試包括系統(tǒng)的初始化、軟件與硬件聯(lián)合調(diào)試等。當(dāng)然采用這種方法時(shí)，首先必須清楚參數(shù)的傳遞方法，否則，一旦發(fā)生錯(cuò)誤就將無(wú)從下手。有些程序模塊直接用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，有些模塊直接用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，而有些 模塊則可以使用