【正文】 系數(shù)轉換為線性譜對 (LSP)，并使用有兩個階段的預測向量量化器（ VQ）進行 18 比特量化。 固定碼本 自適應碼本 預處理 基音分析 感覺加權 合成濾波器 參數(shù)編碼 線性預測分析、量化、插值 語音輸入 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 解碼過程： 的解碼也是按幀進行的，主要是對符合 協(xié)議的碼流進行解碼，得到相應的參數(shù)，根據語音產生的機理，合成語音。 的編碼過程： 首先， 對模擬輸入 語音信號經話路帶寬濾波（符合 ITU 建議）后，被以 8kHz為采樣頻率進行采樣，再量化成 16bit 線性 PCM（脈沖編碼調制）數(shù)字信號輸入到編碼器。 CVSD 的量化步長是可動態(tài)調節(jié)的，它通過對輸入信號的振幅變化率來調節(jié)量化步長的增 量值，當輸入信號的振幅變化率增大時，增量值也相應增大，反之亦然。單一編碼算法，由于碼率和算法固定，系統(tǒng)的靈活性較差。采用低數(shù)碼率的語音編碼率的語音編碼技術，有效地適應了信號電纜帶寬窄的特點。 語音通信在現(xiàn)代通信中占有重要地位，它研究的是語音信號的高效、高質量傳輸?shù)膯栴}，包括語音編碼、語音加密等內容。 為了存儲一定的語音所需要的存儲器容量將更少。 國際電信聯(lián)盟 （ ITU） 于 1995 年 11 月正式通過了 。它的核心思想是 :利用自適應改變量化階的大小 ,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 ,使用過去的樣本值估算下一個輸 入樣本的預測值 ,使實際樣本值和預測值之間的差值總是最小。 2 線性預測分析與 LPC 系數(shù)的量化 首先對信號進行 加線性預測分析窗，分析窗由兩部分組成。 參數(shù)解碼 ： 首先解碼得到線譜對參數(shù)，并將線譜對參數(shù)轉換為線性預測系數(shù)。 激勵參 數(shù)（固定與自適應碼本參數(shù)）在每個 5 毫秒的子幀（ 40個采樣）中決定。這些參數(shù)（ LP 濾波器系數(shù)，自適應碼本向量，定碼本向量與增益）被解碼，獲得對應于 10 毫秒語音幀的編碼器參數(shù)。 其語音質量相當于 64Kbps 的 PCM 編碼，并具有良好的抗誤碼性能。(n1) 式中 k(n)為自適應控制參數(shù)， 0≤k(n) ≤1。自適用的量階隨信號統(tǒng)計特性的變化而變化，在信號很大動態(tài)范圍內，可獲得最大信噪比。 根據指標：采樣率為 16kHz，通帶截止頻率為 ，阻帶截止頻率為 。它擁有改進的哈佛結構、一個 CPU、片上存儲區(qū)（ 32KB的 ROM 和 64KB 的 DARAM）、片上外設以及專用的指令結構。接著，主程序對 IMR 寄存器置位以屏蔽這些中斷，直至下次系統(tǒng)復位。 4 路信號也是 32bit。 20 對 ADPCM/CVSD 碼流，由于每次處理的碼流長度較短（ 32bit），故在中斷服務例程中由 CPU 直接讀寫串口（ McBSP2），而不采取DMA 方 式。 硬件焊接完后，首先測試電壓是否正確。考慮到 DSP 的性能和算法的運算量要求，采用 128 階的自適應濾波器進行回聲抵消。在本設計中，采用匯編語言編寫，然后使用 C 語言進行仿真調試。其它初始化設置包括串行口初始化、 ST0、 ST初始化等； 。信道條件、延時和數(shù)據速率是這類應用中的重要考慮對象。 她 嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。 各算法的復雜度和存儲量 算 法 復雜度（ MIPS） 存儲量（千字） Program Data 60 CVSD 12 ADPCM 總的復雜度 =MAX(60,12,40)=60MIPS； 總的存儲量 =(+++++)= 千字； 因此，一片 VC5409 上的硬件資源可以滿足算法要求。這類應用又稱為數(shù)字電話通信系統(tǒng)和保密話音系統(tǒng)，而且一直是通信的發(fā)展方向之一。例如，本系統(tǒng) CLKMD= CLKMD2=CLKMD3=0，因此開始時的工作時鐘為晶體頻率的 1/2。如：使用乘累加指令 MAC、 MAS等，在一個時鐘周期內實現(xiàn) 1 次乘法和 1 次加（減）法；使用 DELAY指令，在一個周期內實現(xiàn)變量更新，簡化了濾波器的實現(xiàn)；使用循環(huán)尋址，對 FIR 和 IIR 濾波器只要在主程序中設置一次基地址，降低了開銷；使用 PRT+MVDD 指令，進行塊搬移，減少頻繁內存讀定的開銷；使用雙字運算指令 DADD、 DADSUB 等指令對 32 位的變進行操作；使用 EXP+NORM 指令快速計算定點數(shù)的指數(shù)和尾數(shù)；使用RPT+DSUBT 指令高效實現(xiàn)定點數(shù)除法；使用 RPT+FIRS 指令高效實現(xiàn) FIR 濾波計算 [16]。為此在編碼端加入了譜調整的模塊，使 3kHz處頻譜下降 3db， 作為補償 [14]~[16]。例如，如果發(fā)送端 也是主控者（負責產生時鐘和 幀 同步信號），那么首先就必須保證從屬者（在這里就是數(shù)據接受端）處于激活態(tài)，準備好接受 幀 信號以及數(shù)據，這樣才能保證接受端不會丟失第一 幀 數(shù)據 [11]。 由于 采用分幀編碼，一次編解碼待處理的數(shù)據量較大。 為了取得數(shù)據格式的一致性，方便串口收發(fā)碼流，對 ADPCM 和CVSD 定義了相同的碼流格式，并由 McBSP2 收發(fā)。單路信號的硬件系統(tǒng)框圖如圖 所示。 TMS320VC5409 是 TI 公司生產的一種性價 比較高的定點 DSP 芯片， 是新一代的高性能、低價位、低功耗數(shù)字信號處理器。 G2C、 G2D、 b b c1 均是和工作頻率、通帶頻率及采樣頻率有關的系數(shù) 。 采用反饋型自適應和反向預測的方法，編碼中 僅包括預測誤差信號編碼，不包含預測系數(shù)和自適應量化器的量化間隔或增益因子等參數(shù)。180?？傊?，許多語音處理者使用的 ADPCM 允許語音信號編碼所用的空間是 PCM 的一半。濾波器存儲空間用最后得到的激勵信號更新。在每個 10 毫秒幀中都要進行 LP 分析，計算出 LP 濾波器系數(shù)。在碼本搜索時，采用預搜索策略，使得運算量只為全搜索算法的 1/4。解碼端對接收到的編碼參數(shù)進行解碼，重新獲得激勵和合成濾波器參數(shù)并重建語音。因此在軍事通信、宇航通信、藍牙無線技術等方面中得到廣泛應用。 三種語音編碼簡介 在各種通信設備中，實時的語音壓縮通常在 DSP 上實現(xiàn)。低數(shù)碼率的語音具有以下優(yōu)點： 它可以在窄帶信道（例如 3kHz 模擬電話線路和高頻無線電信道）上傳輸。雖然語音通信 僅研究對語音信號進行壓縮傳輸?shù)葍热?，在理論上比語音合成與語音識別簡單，但是這一領域仍然存在很多需要解決的問題，而且這項技術仍處于不斷發(fā)展之中。 當和差錯糾正與擴頻技術結合使用時，將具有更大的抗噪聲與抗干擾能力 [1]。 ITU 建議 也被稱作 “共軛結構代數(shù)碼本激勵線性預測編碼方案 ”(CSACELP)，它是當前較新的一種語音壓縮標準。 ADPCM 記錄的量化值不是每個采樣點的幅值 ,而是該點的幅值與前一個采樣點幅值之差。第一部分是半個漢明窗，第二部分是四分之一個余弦信號。然后解碼出基音周期，獲得自適應碼本矢量 V(n)。量化的和未量化的 LP 濾波器系數(shù)用于第二個子幀，而第一個子幀中使用內插 LP 濾波器系數(shù)（包括量化的與未量化的）。這些參數(shù)即 LSP 系數(shù)、兩個音節(jié)延遲、兩組自適應和固定碼本增益。 如圖 所示，其編碼過程為：從編碼器輸入 8 位的 A 律或 181。 k(n)由自適應控制器模塊根據差分信號變化速率來確定。并且易于 實現(xiàn)，電路結構簡單。阻帶最小衰減為 ，溫帶最大衰減為 。外圍電路包括 1 個定時器， 1 個主機接口，并且具有 DMA 和片內引導功能。其中 INT0 中斷在測試中是無編碼轉換的跳轉，但在應用中用于選擇 32kbps 的 CVSD 算法。 （ 4） 數(shù)據流的傳輸（串口與存儲區(qū)） VC5409 提供了 6 個 DMA 通道，用戶可以設置每個 DMA 通道的源地址、目的地址、一次傳輸?shù)臄?shù)據量、同步事件和中斷方式等。 硬件 設計時還應考慮： 1. 時鐘電路。然后，可用示波器或邏輯分析儀測試 DSP 的 CLKMD 引腳是否有信號輸出，并測試一下該信號的頻率是多少。 回聲抵消模塊的輸入是當前一幀輸入語音信號與以前解碼器輸出的一階合成語音。 為了提高程序效率，將定點 C 程序用手工的方法編寫匯編語言是很重要的。程序包括：初始化程序、語音編解碼程序串行口中斷服務程序、 INT0 中斷服務程序等。 ②語音信號的數(shù)字儲存。從課題的選擇到項目的最終完成， 陳 老師都始終 給予我細心的指導和不懈的支持?？傊?，語音編碼技術有著無比光明的未來！ 29 結 論 各算法的復雜度和存儲量如 下 表所示，實現(xiàn)所用資源 。主要有數(shù)字通信系統(tǒng)、移動無線電 、蜂窩電話和保密話音系統(tǒng)。系統(tǒng)開始時，時鐘是根據外部三個引腳的設置進行的。對匯編語言，充分挖掘指令集的潛力，能大幅度降低程序的復雜度，提高運行速度。 1:2 插值（ 16kbps） 分子多項式系數(shù)： [, ,] 分 母多項式系數(shù)： [+00,+00,+00,+00,+01,+01] 1:4 插值（ 32kbps） 分子多項式系數(shù)： [+02,+02,+02,+02,+02,4.48200e+02] 分母多項式系數(shù)： [+00,+00,+00,+00,+00,+01] 另外，在對編解碼后的信號進行頻譜測試時，發(fā)現(xiàn)在 3kHz處，信號的幅度超出要求 3db 左右。 McBSP 中 的各個模塊的啟動 /激活次序對串口的正 常操作極為重要。 對 PCM 和 碼流，串口 （ McBSP0/McBSP1） 的數(shù)據讀寫為DMA 方式。 為了數(shù)據能夠方便、有效地收，定義串口的字長為 16bit，這樣，每 5 個幀同步收全一個 幀，共 1654（路） =804bit。 A/D、 D/A 部分采用單片 MC14557 芯片。該系列芯片具有很高的性能價格比，體積小，功耗低，功能強，已經在語音合成、通信傳輸、圖象處理、測量與控制等許多領域得到廣泛的應用 [9]。 12 圖 數(shù)字 CVSD 編碼器 圖 數(shù)字 CVSD 譯碼器 其中： 音節(jié)平滑濾波器 1111 1)( azGZH ??? 三連碼 檢測器 數(shù)字低 通濾波 H2D（ z） H1（ z） X0 D Xmin B C′ 乘法器 乘法器 加 法器 數(shù)字低 通濾波 三連碼 檢測器 H2C（ z） ? H1（ z） X0 c Xmin A 乘法器 加 法器 乘法器 減法器 13 編碼器雙積分器 2211 11