【正文】 if (index0) index=0。 CODEOUT[1] = code[1]。 diff = diff1。 diff = diff1。 end else sb=0。 end if(start==1) begin if(!tai) begin predsample = PCMIN。 end always (posedge CLK) begin if(EN == 0) begin start = 1。 reg start。 reg sb。 input signed [15:0] PCMIN。 end 附錄 2 編碼模塊 module ADPCMEncoder(RST,EN,CLK,PCMIN,CODEOUT)。 end prevsample = predsample。 elseif (predsample 32768) predsample = 32768。 end if (bitand(code, 1)) diffq = diffq + bitshift(step, 2)。 code = adpcm_y(n)。 n = 1。 StepSizeTable = [7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 21, 23, 25, 28, 31, 34, 37, 41, 45, 50, 55, 60, 66, 73, 80, 88, 97, 107, 118, 130, 143, 157, 173, 190, 209, 230, 253, 279, 307, 337, 371, 408, 449, 494, 544, 598, 658, 724, 796, 876, 963, 1060, 1166, 1282, 1411, 1552, 1707, 1878, 2066, 2272, 2499, 2749, 3024, 3327, 3660, 4026, 4428, 4871, 5358, 5894, 6484, 7132, 7845, 8630, 9493, 10442, 11487, 12635, 13899, 15289, 16818, 18500, 20350, 22385, 24623, 27086, 29794, 32767]。 XIII previndex = index。 end index = index + IndexTable(code+1)。 end if (bitand(code, 8)) predsample = predsample diffq。 end diffq = bitshift(step, 3)。 if (diff = tempstep) XII code = bitor(code, 2)。 end tempstep = step。 diff = raw_y(n) predsample。 raw_y = 32767 * raw_y。 prevsample = 0。綜合設(shè)計(jì)的 verilog 模型并生成 FPGA 文件。本次課題 主要 研究 ADPCM 編解碼器 實(shí)現(xiàn)，從而展開的工作。 圖 輸入波形及編碼波形 同理我讓從編碼器輸出的編碼值也保存在名為“ code”的 .txt 文件中，并設(shè)計(jì)了一個(gè)my_mem 的寄存器也來(lái)保存 中的編碼值，在經(jīng)過(guò) 2個(gè)時(shí)鐘下降沿后便把 my_mem 中保存的數(shù)據(jù)一一送到解碼器的 CODEIN 輸入端 ,按照這種方法，每隔 2個(gè)時(shí)鐘下降沿便將my_mem 中數(shù)據(jù)輸入一個(gè)，最后 modelsim 仿真數(shù)據(jù)如圖 。 圖 輸入與輸出差值波形 可以看出開始差距比較大后來(lái)慢慢便開始減小，是因?yàn)殚_始是初始化預(yù)測(cè)值我們無(wú)法知道，所以便設(shè)定為預(yù)測(cè)值為 0。 y 為輸入波， adpcm_y 為 ADPCM 編碼波形，Y 為解碼輸出波形則輸入波形如圖 。 y=sin(t)。而我們利用 FPGA 資源消耗低、靈活性強(qiáng)、速度快、性價(jià)比 突出等優(yōu)勢(shì)，使用 VerilogHDL 硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 ADPCM 編 /解碼器， 運(yùn)用 Modelsim 仿真測(cè)試，來(lái)確保編 /解碼器的正確性和穩(wěn)定性， 整個(gè)設(shè)計(jì)充分利用了 FPGA 芯片的資源、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，具有良好的應(yīng)用前景。 ② 通過(guò) qd 同 PS 相加便得到編碼輸出 Sr。解碼過(guò)程同編碼過(guò)程中求預(yù)測(cè)采樣的原理是一樣的，當(dāng)編碼端的 Sr能很好的跟蹤上 Si 時(shí)，解碼端的Sr也能同樣再現(xiàn) Si。 ⑤ 利用新的系數(shù)，計(jì)算得到 )(nXP ，重復(fù)上述 5個(gè)步驟，壓縮下一個(gè)語(yǔ)音采樣數(shù)據(jù)。編碼輸出 I后，編碼還需要重復(fù)進(jìn)行和解碼完全一樣的計(jì)算過(guò)程，求出新的預(yù)測(cè)采樣值 Sp。如果 dq大于 q/2，則 I的 D1位置 1，如果 dqq/2大于 q/4，則 I 的 D0 位置 1。另一個(gè)表為步長(zhǎng)調(diào)整表，其輸入為步長(zhǎng)索引，輸出為步長(zhǎng) q。接下來(lái)量化器模塊對(duì)有符號(hào)的 4 位編碼數(shù)據(jù) I，由于是帶符號(hào)的所以這個(gè)數(shù)據(jù)的表示范圍在 7 到 7 之間，最高位為符號(hào)位。 ADPCM 編碼過(guò)程如圖 所示輸示。 nd 是以前量化值的線性組合時(shí)，其預(yù)測(cè)值為 )()()n(d 1 kndnapk k ??? ?? () 式中 P為預(yù)測(cè)器的階數(shù)。對(duì) ADPCM 來(lái)說(shuō)，預(yù)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)系數(shù)的選擇是很重要的。這樣是增加了其復(fù)雜程度，但它有可能在差錯(cuò)控制保護(hù)下傳輸階距從而大大改善高誤碼率傳輸時(shí)的輸出信號(hào)質(zhì)量。另一 類是其階距根據(jù)量化器的輸出來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，或等效的用輸出編碼信號(hào)來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，這類自適應(yīng)量化方案稱為反饋?zhàn)赃m應(yīng)量化器。 圖 所示為采用固定預(yù)測(cè)并帶有自適應(yīng)量化的 ADPCM 系統(tǒng)。 III 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制 ADPCM 前述概要地介紹了 DPCM 的工作原理。 圖 DPCM原理圖 在 PCM 中，每個(gè)波形樣值都獨(dú)立編碼，與其他樣值無(wú)關(guān)，樣值的整個(gè)幅值編碼需要較多位數(shù)，比特率較高，數(shù)字化的信號(hào)帶寬大。 DPCM 系統(tǒng)實(shí)際就是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，采用這種結(jié)構(gòu)可以避免量化誤差的積累。根據(jù)過(guò)去的樣本去估算下一個(gè)樣本信號(hào)幅度大小，這個(gè)值稱為預(yù)測(cè)值，對(duì)實(shí)際信號(hào)值與預(yù)測(cè) II 值之差進(jìn)行量化編碼，從而就減少了表示每個(gè)樣本信號(hào)的位數(shù)。 編碼，就是用一組二進(jìn)制碼組來(lái)表示每一個(gè)有固定電平的量化值。 量化級(jí)數(shù)越多誤差越小，相應(yīng)的二進(jìn)制碼位數(shù)越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。抽樣速率采用 8KHZ。脈沖編碼調(diào)制就是對(duì)模擬信號(hào)先抽樣，再對(duì)樣值幅度量化，編碼的過(guò)程 [9]。 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)課題 : ADPCM編解碼器的實(shí)現(xiàn) 姓 名 : 專 業(yè) : 集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng) 學(xué) 號(hào) : 日 期 指 導(dǎo)教師 : I 一：課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求。 脈沖編碼調(diào)制 PCM 脈沖編碼調(diào)制就是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散，取值離散的數(shù)字信號(hào)后在信道中傳輸。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。量化誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲，稱為量化噪聲。 一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，它僅為有限個(gè)數(shù)值。差分脈沖編 碼調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)在量化臺(tái)階不變（即量化噪聲不變）的情況下，編碼位數(shù)顯著減少，信號(hào)帶寬大大壓縮。DPCM 系統(tǒng)實(shí)際上就是對(duì)這個(gè)差值的 d(k)進(jìn)行量化編碼，用來(lái)補(bǔ)償過(guò)去編碼中產(chǎn)生的量化誤差。由于在發(fā)送端和接收端都使用相同的逆量化器和預(yù)測(cè)器，所以接收端的重建信號(hào) )(kSr 可以傳送信號(hào) I(k)中獲得。如果將樣值之差仍用 N位編碼傳送，則 DPCM 的量化信噪比顯然優(yōu)于 PCM 系統(tǒng)。語(yǔ)聲信號(hào)的變化是因人、因時(shí)而不同的，為了能在相當(dāng)寬的變化范圍內(nèi)仍能得到最佳的 性能， DPCM 也需要自適應(yīng)系統(tǒng)，自適應(yīng)預(yù)測(cè)和自適應(yīng)量化，稱為 ADPCM?，F(xiàn)有的自適應(yīng)量化方案有兩類 :一類是其輸入幅度或方差由輸入信號(hào)本身估算，這種方案叫前饋?zhàn)赃m應(yīng)量化器。但是在重建信號(hào)輸出時(shí)，傳輸中的誤碼對(duì)質(zhì)量的影響比較敏感，在前饋控制時(shí)，要求碼字和階距一起，用來(lái)得出信號(hào)。自適應(yīng)量化和自適應(yīng)預(yù)測(cè)都可以是前饋型的或是反饋型的。 nd 表示， )(dtF的樣值用 )(dn 表示，則當(dāng)采用線性預(yù)測(cè)，即 )(39。 IV （ a）編碼器 （ b）解碼器 圖 ADPCM 原理圖 編碼過(guò)程 編碼的核心思想是對(duì)輸入信號(hào)與預(yù)測(cè)信號(hào)差值進(jìn)行編碼和預(yù)測(cè)，采用的是非均勻量化，為了使不同幅值的信號(hào)信噪比接近一致，從而避免大幅值語(yǔ)音信號(hào)信噪比大而小幅值語(yǔ)音信號(hào)信噪比小 [12]。經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)器出來(lái)的預(yù)測(cè)采樣值 Sp= ( 1)pXn? ，與線性輸入 Si的 差值為 d，我們就可以在這個(gè)差值上進(jìn)行處理。一個(gè)表為索引調(diào)整表，其輸入為差值量化編碼 I(k)，用來(lái)更 新步長(zhǎng)索引。如果該差值絕對(duì)值大于步長(zhǎng) q，則 I的 D2位置 1。然后編碼值 I(k)作為索引調(diào)整表的輸入，查 表輸出索引調(diào)整，并和結(jié)構(gòu)變量中原步長(zhǎng)索引相加，產(chǎn)生新的步長(zhǎng)索引，在下一個(gè)采樣值的編碼中使用。 ④ 根據(jù)重建信號(hào) pr SdS ?? q 和 qd 更新預(yù)測(cè) 濾波器 系數(shù) 。差值 dq 與預(yù)測(cè)采樣 Sp 相加得到解碼輸出