【正文】 成。 論文研究目的和內(nèi)容 論 文 通過(guò) 對(duì) 、 CVSD 、 ADPCM 三 種語(yǔ) 音編 碼 和TMS320VC5409DSP 芯片 做簡(jiǎn)單介紹后，對(duì)算法的軟件和硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行解釋，分析算法的復(fù)雜度，并給出算法所需運(yùn)算量以及所占用的硬件資源。它的核心思想是 :利用自適應(yīng)改變量化階的大小 ,即使用小的量化階去編碼小的差值 ,使用大的量化階去編碼大的差值 ,使用過(guò)去的樣本值估算下一個(gè)輸 入樣本的預(yù)測(cè)值 ,使實(shí)際樣本值和預(yù)測(cè)值之間的差值總是最小。 CVSD（ 連續(xù)可變斜率增量調(diào)制） 是一種抗信道誤碼非常好的語(yǔ)音編碼算法， 擅長(zhǎng)處理丟失和被損壞的語(yǔ)音采樣，即使比特錯(cuò)誤率達(dá)到 4%， CVSD 編碼的語(yǔ)音還是可聽(tīng)的 。 國(guó)際電信聯(lián)盟 （ ITU） 于 1995 年 11 月正式通過(guò)了 。參數(shù)編碼一般對(duì)數(shù)碼率的要求比波形編碼低的多。 為了存儲(chǔ)一定的語(yǔ)音所需要的存儲(chǔ)器容量將更少。在這里，傳輸碼率就是指?jìng)鬏斆棵腌娬Z(yǔ)音信號(hào)所需要的比特?cái)?shù)，也稱數(shù)碼率。 語(yǔ)音通信在現(xiàn)代通信中占有重要地位，它研究的是語(yǔ)音信號(hào)的高效、高質(zhì)量傳輸?shù)膯?wèn)題，包括語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音加密等內(nèi)容。如果對(duì)語(yǔ)音直接采用模 /數(shù)變換技術(shù)編碼，則傳輸或儲(chǔ)存語(yǔ)音的數(shù)據(jù)量太大。采用低數(shù)碼率的語(yǔ)音編碼率的語(yǔ)音編碼技術(shù)，有效地適應(yīng)了信號(hào)電纜帶寬窄的特點(diǎn)。它具有語(yǔ)音質(zhì)量好、抗噪聲性能強(qiáng)等特點(diǎn)，但所需的編碼速率高，一般在64~16kb/s 之間。單一編碼算法，由于碼率和算法固定，系統(tǒng)的靈活性較差。 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 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 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。 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?；糁档姆秶?18~145 個(gè)樣本點(diǎn)之間。 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。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） 。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。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。 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)。 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。 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)。(n)，供反饋回路生成重構(gòu)信號(hào)和預(yù)測(cè)信號(hào)。(n)的線性組合 : y(n)=k(n) y180。(n) d(n) c(n) d180。 解碼器與編碼器類似，其模塊基本上與編碼器中的反饋回路部分相同。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)。 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。 DSP 器件按照用途分類可分為兩大類：一類是專門用于 FFT、 FIR 濾波、卷積等運(yùn)算的芯 片，稱為專用 DSP 器件；另一類是可以通過(guò)編程完成各種擁護(hù)要求的信息處理任務(wù)的芯片，稱為通用數(shù)字信號(hào)處理器件。與現(xiàn)在流行的 TMS320C5409 相比，性能提高了 60%，功耗效率提高了 50%。 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]。 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。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。如圖 所示 。s 125181。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。 。 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）。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。 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。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)。 軟件的調(diào)試 TMS320VC5409 的軟件主要是在仿真器上調(diào)試的 。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]。 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）。 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。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)。這類應(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。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 。 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。 在論文寫作過(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)。在這類應(yīng)用中，人們最關(guān)心的是語(yǔ)音質(zhì)量和存儲(chǔ)要求 [7]。并具有多次音頻轉(zhuǎn)接能力。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。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； ?？傮w調(diào)試包括系統(tǒng)的初始化、軟件與硬件聯(lián)合調(diào)試等。有些程序模塊直接用匯編語(yǔ)言編寫，有些模塊直接用 C 語(yǔ)言編寫，而有些 模塊則可以使用 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編寫。 為了區(qū)分同一頁(yè)上的 2 路變量以及同一路的編解碼器變量，它們的名稱應(yīng)有不同。階數(shù)越大，運(yùn)算量越大。而實(shí)際CVSD 編碼器的輸入總是 8kHz 的采樣信號(hào)，為了滿足算法要求。首先調(diào)試硬件 DMA 控制器 DMA 中斷 通道 4 5 2 3 REVT0 REVT1 XEVT0 XEVT1 DR A 率擴(kuò)張 McBSP0 A 率壓縮 DX FSR DR McBSP1 DX FSR DR McBSP2 DX FSR PCM PCM a a ADPCM/ CVSD ADPCM/ CVSD 幀同步信號(hào) RINT2 RINT1 CPU 4 1 字 /480 2 字 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 4 1 字 /480 2 字 4 5 2 字 4 5 2 字 2 字（ 4 8bit） 2 字（ 4 8bit） CPLD 數(shù)據(jù)總線 22 系統(tǒng)，調(diào)試通過(guò)后，軟件就可以直接在用 戶硬件系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)試了。系統(tǒng)既可以直接采用簡(jiǎn)單的容阻復(fù)位方式，同時(shí)，外部也可以隨時(shí)對(duì)DSP 進(jìn)行復(fù) 位 。由于 VC5409的 DMA 支持緩沖區(qū)全滿或半滿都產(chǎn)生中斷的方式，所以只要將這 2塊緩沖區(qū)設(shè)計(jì)成連續(xù)，就可以方便地實(shí)現(xiàn)乒乓工作，而不產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出。數(shù)據(jù)收發(fā)由幀同步信號(hào)觸發(fā)。 4 路信號(hào) 中的 32bit； 16kbps 和 32kbps 的 CVSD是每樣點(diǎn) 2bit 和 4bit 編碼，故規(guī)定其碼流為每比特編碼碼字分別重復(fù) 4 次和 2 次，即均占 8bit。 表 32 串口配置 串口 數(shù)據(jù)流 字長(zhǎng)（ bit） 幀長(zhǎng)（ word） 讀 /寫控制 同步事件 /中斷 McBSP0 PCM 8 41 DMA REVT/XEVT McBSP1 16 41 DMA REVT/XEVT McBSP2 ADPCM/CVSD 32 2or48bit CPU RINT/XINT 對(duì)每種算法 ， 4 路編解碼器都要求全雙工工作，因此，對(duì) 3 個(gè)McBSP 都進(jìn)行了配置。 系統(tǒng)加電后， INT0～ INT3 其中 的 一個(gè)管腳給出中斷請(qǐng)求信號(hào)，程序執(zhí)行 的過(guò)程 中檢測(cè)到哪個(gè)中斷，就執(zhí)行該中斷對(duì)應(yīng)的編碼算法。對(duì)數(shù) PCM 信號(hào)在 TMS320VC5409 中轉(zhuǎn)換線性碼，并進(jìn)行壓縮編碼。它的運(yùn)算速度為 80MIPS/100MIPS，時(shí)鐘周期10/ ns。 DSP 芯片具有精度高、靈活性大、可靠性高以及分時(shí)復(fù)用等特點(diǎn)。由于這種過(guò)抽樣 ,所以未濾波的輸出階躍函數(shù)的特性中，包含了量化噪聲及輸入信號(hào)頻帶 以外的失真分量，這就要求用低通濾波器來(lái)抑制 W 與 ∫s/2 之間的帶外分量 [7]。 CVSD的基本原理是按照碼序列中表示斜率過(guò)載的情況改變 △ （ n）。 CVSD 算法 連續(xù)可變分辨率增量調(diào)制（ CVSD），是一種常用的 ADM（自適應(yīng)增量調(diào)制），是一種 1bit 的差分波形編碼方式。180。180。自適應(yīng)量化速度的控制由控制器控制，它采用雙模式自適應(yīng)方式：對(duì)幅