【導(dǎo)讀】多的信道來(lái)傳送圖像、文檔、計(jì)算機(jī)文件和其他數(shù)據(jù)流。為此，國(guó)際電信聯(lián)盟。字語(yǔ)音通信領(lǐng)域，具有很高的研究?jī)r(jià)值。本文首先簡(jiǎn)要的介紹了語(yǔ)音壓縮編碼算。法的發(fā)展進(jìn)程，以及發(fā)展趨勢(shì)。在著重分析和研究了標(biāo)準(zhǔn)的算法原理的基。通過(guò)將優(yōu)化后的算法加載到TMS320F2812中，進(jìn)行仿真，分析算法的。全文概述了語(yǔ)音壓縮編解碼的發(fā)展進(jìn)程、趨勢(shì)以及課題的主要研究?jī)?nèi)。TMS320F2812軟、硬件的開發(fā)和設(shè)計(jì)。對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論與驗(yàn)證。語(yǔ)音壓縮編碼的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:波形編碼、波形編碼是將時(shí)間域信號(hào)直接變換為數(shù)字代碼，力圖。使重建語(yǔ)音波形保持原語(yǔ)音信號(hào)的波形形狀。幅度樣本分層量化，并用代碼表示。解碼是相反過(guò)程，將接收的數(shù)字序列經(jīng)解碼。和濾波后恢復(fù)成模擬信號(hào)。波形編碼具有抗噪性能強(qiáng)、語(yǔ)音質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但需。典型的波形編碼器是速率為。最近，對(duì)于波形編碼器又提出。了一些新技術(shù)，例如后濾波器、改進(jìn)激勵(lì)程序等，使得語(yǔ)音質(zhì)量有比較大的提高。

　　

【正文】 ode Composer studio)很好地解決了上述問(wèn)題，大大地提高了 DSP 的軟件開發(fā)效率。 CCS 是一個(gè)完整的 DSP 可視化集成開發(fā)環(huán)境，包含源代碼編輯工具、代碼調(diào)試工具、可執(zhí)行代碼生成工具和實(shí)時(shí)分析工具。在 CCS 環(huán)境下，開發(fā)人員可以對(duì)軟件進(jìn)行編輯、編譯、調(diào)試、代碼性能測(cè)試和項(xiàng)目管理等所有的工作，并且它的各部分功能都有了相當(dāng)程度的提升。因而大大地降低了 DPS 軟件的開發(fā)難度，提高了開發(fā)效率。此外，它不但支持匯編軟件的開發(fā)，而且還支持 CCI++語(yǔ)言進(jìn)行軟件開發(fā)。 CCS 不僅僅是代碼生成工具和調(diào)試工具的簡(jiǎn)單集成，它具有以下特點(diǎn) : 集成可視化代碼編輯界面 :可直接編寫 C、匯編、 .H 文件和 .cmd 文件等 。 集成代碼生成工具 :包括匯編器、優(yōu)化 C 編譯器和連接器等 基本調(diào)試工具 :如裝人執(zhí)行代碼，查看寄存器、存儲(chǔ)器、反匯編等，并支持 C源代碼級(jí)調(diào)試 探針工具 :可用于算法仿真和數(shù)據(jù)監(jiān)視等 。 斷點(diǎn)工具 :包括硬件斷點(diǎn)、數(shù)據(jù)空間讀瀉斷點(diǎn)，條件斷點(diǎn)等 。 分析工具 :可用于評(píng)估代碼執(zhí)行的時(shí) 鐘 。 數(shù)據(jù)的圖形顯示工具 :可用于觀察時(shí)域或頻域波形 。 提供 GEL 工具 :用戶可以編寫自己的控制面板碟單，方便直觀地修改變量等 。 DSP/BIOS 工具 :增強(qiáng)了對(duì)代碼的實(shí)時(shí)分析能力，可以用來(lái)分析代碼執(zhí)行的效率和使用系統(tǒng)資源等，從而減小了開發(fā)人員對(duì)硬件資源熟悉程度的依賴性。 CCS 可以工作在兩種模式下，即仿真器模式和硬件調(diào)試模式。前者可脫離DPS 硬件，在 軟件環(huán)境下模擬 DSP 程序結(jié)構(gòu)、指令以及工作原理，這主要用于前期算法的實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。而后者則屬于在線編程，開發(fā)的程序直接依賴于硬件。 語(yǔ)音的 編解碼 過(guò)程 語(yǔ)音 的數(shù)字化過(guò)程是語(yǔ)音傳輸?shù)幕A(chǔ)，是把模擬的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為可控制的數(shù)字信號(hào)的過(guò)程．其主要操作是將模擬音頻信號(hào)每隔一定時(shí)間間隔截取一段，并將所截取的信號(hào)振幅轉(zhuǎn)換成由一組二進(jìn)制序列表示的離散序列，即數(shù)字音頻序列。在這一處理過(guò)程中，涉及到對(duì)模擬音頻信號(hào)的采樣、量化和編碼。 (一 )取樣過(guò)程 模擬音頻信號(hào)是一個(gè)在時(shí)間上和幅值上都連續(xù)的函數(shù) f(f)取樣的過(guò)程就是在時(shí)間上將函數(shù) f(1)離散化的過(guò)程。一般的取樣是按均勻的時(shí)間間隔進(jìn)行的。設(shè)這一時(shí)間間隔為 T，則取樣后的信號(hào)為 f(kt)， k 為自然數(shù)。根據(jù)奈奎斯特定理可知，如果音頻信 號(hào) f(1)是一個(gè)限帶信號(hào)，它的最高頻率分量為￡，則當(dāng) K1， (2￡ )時(shí)可以從離散的 flyn 中不失真地恢復(fù)出原來(lái)的信號(hào) f(f)。由于人耳能聽到的聲音的頻率范圍大致在 20Hz20kHz，因此聲音的質(zhì)量與音頻信號(hào)的頻譜范圍以及采樣時(shí)間間隔有關(guān)。目前常見的音頻信號(hào)的頻率范圍大致如下：電話為200Hz3． 4kHz，調(diào)幅廣播為 50Hz～ 7kHz，調(diào)頻廣播為 20Hz～ 15kHz，高保真音頻信號(hào)為 20Hz～ 20kHz。因此音頻取樣頻率一般定在 8— 48kHz 范圍內(nèi)。常用的音頻取樣頻率如表所示 取樣頻率 （ KHz） 8 16 48 量化精度 （ bit） 8 8 16 16 16 16 數(shù)據(jù)率 (kb/s) 64 256 768 從表中可以看出，取樣頻率越高，數(shù)字化后的音頻質(zhì)量越高，存儲(chǔ)量也越大，所以使用哪種取樣頻率要兼顧語(yǔ)音質(zhì)量和信道容量。若系統(tǒng)選用的是成本低廉，應(yīng)用率廣的 8051 系列單片機(jī)作為 DSP，由于其主頻只有 33MHz?？紤]到盡量避免數(shù)據(jù)量過(guò)多，采用 8kHz 取樣頻率和 8bit 的量化精度來(lái)處理語(yǔ)音數(shù)據(jù)，這樣處理出來(lái)的數(shù)據(jù)的碼率為 8kHz 8bit=64kbps。若用更高速的單片機(jī)、 DSP 或 ARM，可以選用更快取樣頻率很更高量化精度的語(yǔ)音處理方法。 (二 )量化過(guò)程 量化過(guò)程是將取樣值在幅度上再進(jìn)行離散化處理的過(guò)程。所有的取樣值可能出現(xiàn)的范圍被劃分成有限多個(gè)小階距 (量化步長(zhǎng) )的集合，把凡是落入某個(gè)量化階距內(nèi)的取樣值都賦予相同的值，即量化值。通常這個(gè)量化值是用二進(jìn)制來(lái)表示的。如果量化階距是相同的，或者說(shuō)是量化值的分布是均勻的，稱之為均勻量化，否則稱為非均勻量化。 (三 )編碼過(guò)程 模擬音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)取樣、量化后，就要進(jìn)行編碼，即用二進(jìn)制數(shù)表示每個(gè)取樣的量化 值。如果取樣值既采取均勻量化，又采取自然二進(jìn)制表示，這種編碼方法就是脈沖編碼調(diào)制 PCM(PulseCodeModulation)． PCM 是一種最簡(jiǎn)單、最方便的編碼方法。經(jīng)過(guò)編碼后的數(shù)字信號(hào)就是數(shù)字音頻信號(hào)。由于 PCM 是一種未經(jīng)過(guò)壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)，因此常常將它作為與其他編碼進(jìn)行比較的一種參考信號(hào)。表示取樣值的二進(jìn)制的位數(shù)為量化位數(shù)，它反映各取樣值的精度，如 4 位能表示取樣值的 16 個(gè)等級(jí)， 8 位能反映 256 個(gè)等級(jí)，其精度為音頻信號(hào)最大振幅的 11256。量化位數(shù)越多，量化值越接近于取樣值，其精度越高，但要求的信息存 儲(chǔ)量越大。聲音信息的通道數(shù)值將取樣值記錄為一組波形 (單聲道 )還是兩組波形 (雙聲道 )甚至更多組波形 (多聲道 )。取樣值存儲(chǔ)量可用下式表示： v=f B s／ 8 式中， v 為取樣值存儲(chǔ)量 (bifs)，偽取樣頻率 (kHz)， B 為量化位數(shù) (bit)， s 為聲道數(shù)。 G_711 語(yǔ)音壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 隨著計(jì)算機(jī)及數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字音頻編碼技來(lái)越得到重視。國(guó)際電信聯(lián)盟 (T1ru)組織定義了一系列語(yǔ)縮標(biāo)準(zhǔn)，其中最常用的國(guó)際語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)有：G． 711， G． 721， G． 722， G． 728， G． 723 等。 ITU— T 于 t972 年為電話 質(zhì)量模擬語(yǔ)音 (帶寬 3kHz)的語(yǔ)縮制定了 G． 7l1 標(biāo)準(zhǔn)，取樣頻率為 8kHz，碼率為64kb／ s，使用 u 律或 A 律的壓碼。同時(shí)它還規(guī)定了 U 律之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，它最常用于數(shù)字電話的語(yǔ)音編碼中，此可用于可視電話或會(huì)議電視的語(yǔ)音編碼中，并且是可視電會(huì)議電視系統(tǒng)中必備的語(yǔ)音編解碼標(biāo)準(zhǔn)。 表列出了 G． 711 語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)及性能參數(shù)。 表 G． 711語(yǔ) 音編碼標(biāo)準(zhǔn)及性能參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn) 編碼類型 比特率 （ kb/s） MOS 復(fù)雜性 時(shí)延 /ms PCM 64 1 脈沖調(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 .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 。 第三 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 電源 T L C 3 2 0 A I C2 3編 解 碼 器編 碼控 制編 碼緩 沖區(qū)解 碼緩 沖區(qū)H P I語(yǔ) 音 信 號(hào) 語(yǔ)音信號(hào) 采集 采集 信號(hào)處理 計(jì)算機(jī) 運(yùn)算放大器 TLV320AIC23 功率放大器 TMS320F2812 PC 機(jī) 電源模塊 JIAG 接口 模擬輸入 數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)輸出 時(shí)鐘信號(hào) 模擬輸入 同步信號(hào) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 2812 與 TLV320AIC23 的連接示意圖 語(yǔ)音信號(hào)的 輸入 ： AIC23 通過(guò)其中的 AD 轉(zhuǎn)換采集輸入的語(yǔ)音信號(hào)，每采集完一個(gè)信號(hào)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到 DSP 的 McBSP 接口上， DSP 可以讀取到語(yǔ)音數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)為 16 位無(wú)符號(hào)整數(shù)，左右通道各有一個(gè)數(shù)值。 語(yǔ)音信號(hào)的輸出： DSP 可以將語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過(guò) McBSP 接口發(fā)送給 AIC23,AIC 的DA 器件將它 們變成模擬信號(hào)輸出。 數(shù)字信號(hào)處理芯片 : 為滿足語(yǔ)音信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性處理，語(yǔ)音信號(hào) 采集與處理系統(tǒng)應(yīng)具有高速數(shù)據(jù)處理能力。本系統(tǒng)采用 TMS320F2812 芯片作為信號(hào)處理芯片。 音頻 CODEC 模塊： 本系統(tǒng)的 CODEC 模塊以 TLV320AIC23 芯片為核心。 TLV320AIC23 是一個(gè)高性 SCL SDA CLKR0 CLKX0 F2812 FSX0 FSR0 DX0 DR0 SCLK SDIN MODE BCLK CS AIC23 LRCOUT DIN MICIN DOUT LOUT 能的多媒體數(shù)字語(yǔ)音編解碼器，它的內(nèi)部 ADC 和 DAC 轉(zhuǎn)換模塊帶有完整的數(shù)字濾波器。數(shù)據(jù)傳輸寬度可以是 16 位 ， 20 位， 24 位和 32 位，采樣頻率范圍支持從 8Khz 到 9Khz。在 ADC 采集達(dá)到 96dBA，能夠高保真的保存音頻信號(hào)。在 DAC 轉(zhuǎn)換達(dá)到 96Khz 時(shí)噪聲為 100dBA，能夠高品質(zhì)的數(shù)字回訪音頻，在回放時(shí)僅僅減少 23Mw。 TLV320AIC23 詳細(xì)指標(biāo)： +高品質(zhì)的立體聲多媒體數(shù)字語(yǔ)音編解碼器。 *在 ADC 采用 48KHZ 采樣率是噪音 90dB。 *在 DAC 采用 48KHZ 采樣率是噪音 100dB。 * 核心數(shù)字電壓：兼容 TIF28xDSP 內(nèi)核電壓。 * 緩沖器和模擬：兼容 TIF28xDSP 內(nèi)核電壓。 *支持 8KHZ9KHZ 的采樣頻率。 +軟件控制通過(guò) TIMcBSP 接口。 +音頻數(shù)據(jù)輸入輸出通過(guò) TIMcBSP 接口。 AIC23 芯片是通過(guò) 2812 的 mcbsp 借口來(lái)控制和傳輸音頻數(shù)據(jù)的。 電源模塊 ： F2812 屬于低功耗定點(diǎn)芯片，采用雙電源供電。 電源由內(nèi)核電源(CVdd)和 I/O 電源 (DVdd)兩部分構(gòu)成，其中內(nèi)核電源為 ， I／ O 電源為 。內(nèi)核電源采用 供電可以降低功耗； I／ O 電源采用 供電使得芯片可以直接與外部低壓器件接口，而不需要額外的電平轉(zhuǎn)換電路。本系統(tǒng)采用 TI 公司的 TPS73HD318（簡(jiǎn)稱 HD318）作為電源輸入芯片， HD318 提供的兩路輸出電壓一路為 、一路為 。另外該芯片提供的寬度為 200ms 的低電平復(fù)位脈沖還可以用來(lái)作為 F2812 的 上電復(fù)位信號(hào)。 AIC23 芯片具有單電源 (5V 電源 )和雙電源 (3V 數(shù)字電源 +5V 模擬電源 )兩種供電模式，本系統(tǒng)選擇雙電源供電模式，這樣 AIC23 和 F2812 之間就可以直接聯(lián)接而不需要其它電平轉(zhuǎn)換芯片。 PLL 時(shí)鐘電路 ： 鎖相環(huán)（ PLL）模塊主要用來(lái)控制 DSP 內(nèi)核的工作頻率，外部提供一個(gè)參考時(shí)鐘輸入，經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)倍頻或分頻后提供給 DSP 內(nèi)核。 C281x數(shù)字信號(hào)處理器能夠?qū)崿F(xiàn) 倍的倍頻。