【導(dǎo)讀】信號(hào)與信號(hào)處理是通信過程中的重要組成部分。它包含了信號(hào)輸入與輸出，信號(hào)。而隨著DSP技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多地利用DSP實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音壓縮等處。研究的內(nèi)容包含：。主要依據(jù)采樣定理。重點(diǎn)分析語(yǔ)音壓縮的原理與實(shí)現(xiàn)方法，硬件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。利用8253定時(shí)器和8255可編程器件實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的生成。通過設(shè)定的頻率和節(jié)拍合。論文大部分雖然已經(jīng)完成，但還需要一些必要的修改。部分，還有很多方面需要改進(jìn)。首先是語(yǔ)音合成可否有其它方法，比如按規(guī)則合成。次，這部分是否可以加入錄音，語(yǔ)音合成器只是作為語(yǔ)音存儲(chǔ)和重放的器件。加入數(shù)字濾波器，例如：利用數(shù)字濾波器，截止頻率的設(shè)置多少最佳。要繼續(xù)本次的設(shè)計(jì)，解決這些問題。教育我，指導(dǎo)我的老師表示衷心的感謝。李哲英教授在畢設(shè)的半年多里，指導(dǎo)我完成了許多工作，還讓我參加各種講座，并為我創(chuàng)造了良好的實(shí)驗(yàn)條件，為我做好畢設(shè)提供很大幫助。最后也感謝我的父母，他們的支持始終是我前進(jìn)的動(dòng)力。由此可見,任何一種電子

　　

【正文】 率相等 ,因此可看成一條直線段 ,實(shí)際上得到 7 條斜率不同的折線。以上分析是對(duì)正方向的情況。由于輸入信號(hào)通常有正負(fù)兩個(gè)極性，因此，在負(fù)方向上也有與正方向?qū)ΨQ的一組折線。因?yàn)檎较虻牡?1， 2 段與負(fù)方向的第 1， 2 段具有相同的斜率，于是我們可將其依次連成一條直線段，正、負(fù)方向可得到 13 段直線，由此13 段組成的折線，稱為 13 折線。 可以看出均勻量化的輸入信號(hào)共有 4096 個(gè)量化級(jí)，需要 12 位編 碼。這正符合MAX1246A/D 的輸出碼的位數(shù)。而經(jīng)過非均勻量化的輸出信號(hào)共有 256 個(gè)量化級(jí)，只需要8 位編碼。這就實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音數(shù)據(jù)壓縮的設(shè)計(jì)目的。 編碼的基本原理 編碼是利用二進(jìn)制碼組來表示固定電平的量化值，實(shí)際上量化是在編碼過程中同時(shí)完成的。 前面討論量化基本原理時(shí)，并未涉及量化的電路，這是因?yàn)榱炕^程不是以獨(dú)立的量化電路來實(shí)現(xiàn)，而是在編碼過程中實(shí)現(xiàn)，故還要討論編碼。 已知模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣量化后，還需要進(jìn)行編碼過程才能使離散樣值形成更適宜的二進(jìn) 制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸，這就是 PCM 基帶信號(hào)，接收端將 PCM 信號(hào)還原成模擬信號(hào)的過程稱為譯碼，這里主要介紹常用二進(jìn)制碼的編碼和譯碼。 編碼類型有多種，如低速編碼和高速編碼，線性編碼和非線性編碼，逐次比較型，級(jí)聯(lián)型和混合型等。 編碼的碼字和碼型。二進(jìn)制碼可以經(jīng)受較高的噪聲電平的干擾，并易于再生，因此 PCM 中一段采用二進(jìn)制碼，對(duì)于 Q 個(gè)量化電平，可以用 k 位二進(jìn)制碼來表示，稱其中每一種組合為一個(gè)碼字，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間通信和短距離通信中，采用論文網(wǎng) 位的碼基本能滿足質(zhì)量要求。 碼型指的是把量化后的所有量化級(jí)，按基電平的大小次序排列起來，并列出各對(duì)應(yīng)的碼字，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系的整體就稱為碼型。 碼位的安排，目前實(shí)際上普遍采用 8 位非線性編碼。例如 PCM30/32 路終端機(jī)中最大輸入信號(hào)幅度對(duì)應(yīng) 4096 個(gè)量化單位（最小的量化間隔稱為一個(gè)量化單位），在 4096個(gè)單位的輸入幅度范圍內(nèi)，被分成 256 個(gè)量化級(jí)，因此需用 8 位碼表示每一個(gè)量化級(jí)。13 折線 A 律特性的 8 位非線性編碼的碼組結(jié)構(gòu)如下。 極性碼： M1，段落碼： M2M3M4，段內(nèi)碼 M5M6M7M8。 其中，第 1 位碼 M1 的數(shù)值“ 1”或“ 0”分別代表信號(hào)的正、負(fù)極性，稱為極性碼。從折疊二進(jìn)制碼的規(guī)律可知，對(duì)于兩個(gè)極性不同，但絕對(duì)值相同的樣值脈沖，用折疊碼表示時(shí)，除極性碼 M1 不同外，其余幾位碼是完全一樣的。因此在編碼過程中，只要將樣值脈沖的極性判斷出來后，編碼器便是以樣值脈沖的位對(duì)值進(jìn)行量化和輸出碼組成的，這樣只要考慮 13折線中對(duì)應(yīng)于正輸入信號(hào)的 8 段折線就行了，這 8 段折線共包含 128 個(gè)量化級(jí)，正好用剩下的 7 位碼（ M2，? M8）就能表示出來。 第 2 位至第 4 位碼（即 M2， M3， M4）稱為段落碼，因?yàn)?8 段折線用 3 位碼就能表示，具體劃分如表 1 所示。應(yīng)注意，段落碼的每一位不表示固定的電平，只能是用 M2 M3 M4 的不同排列碼組表示各段的起始電平，這樣就把樣值脈沖屬于哪一段先確定下來了，以 便很快地定出樣值脈沖應(yīng)納入到這一段的哪個(gè)量化級(jí)上。表 1 段落碼 表 2 段內(nèi)碼 M5 至 M8 為段內(nèi)碼 ,每一段中的 16 個(gè)量化級(jí)就是用這 4 位碼表示的 ,段內(nèi)碼具體的方法如表 2 所示。由表可見， 4 位段內(nèi)碼的變化規(guī)律具有與段落碼相似的變化規(guī)律。 這樣，一個(gè)信號(hào)的正負(fù)極性用 M1 表示 ，幅度在一個(gè)方向（正或負(fù)）有 8 個(gè)大段用 M2M3M4 表示，具體落在某段內(nèi)的電平上，用 4 位段內(nèi)碼 M5 M6 M7 M8G 表示。 編碼原理，逐次比較型編碼的方法與用天平稱重物的過程極為相似，因此先說天平稱重的過程：第 1 次稱重所加砝碼（在編碼過程中稱為“權(quán)”，它的大小稱為權(quán)值）是一個(gè)估值。這種權(quán)值當(dāng)然不能正好使天平平衡。若砝碼的權(quán)值大了，換一個(gè)小一些的砝碼再稱。請(qǐng)注意，第二次所加砝碼的權(quán)值，是根據(jù)第 1 次做出判斷的結(jié)果確定的。若第 2 次的結(jié)果說明砝碼小了，就要在第 2 次權(quán)值基礎(chǔ)上加上一個(gè)要大一些 的砝碼，如此進(jìn)行下去，直到接近平衡為止。這個(gè)過程叫做逐次比較稱重過程?！爸鸫巍钡暮?，可理解為稱重是一次次由粗到細(xì)進(jìn)行的。而“比較”則是把上一次稱重的結(jié)果作為參考，比較得到下一次輸出權(quán)值的大小。如此反復(fù)進(jìn)行下去，使所加權(quán)值逐步逼近物體真實(shí)重量。 有了稱重的概念之后，就可以具體說明逐次比較型編碼方法編出 8位碼的過程了。 如圖 13 逐次比較編碼器原理圖，由抽樣保持、全波整流、極性判決、比較器及本地譯碼器組成。 圖 13 逐次比較編碼器原理圖 抽樣后的 模擬 PAM 信號(hào)，需保持展寬后再進(jìn)行編碼。保持后的 PAM 信號(hào)仍為雙極性信號(hào)，將該信號(hào)經(jīng)過全波整流變?yōu)閱螛O性信號(hào)，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行極性判決，編出極性碼M1，當(dāng)信號(hào)為正極性時(shí)，極性判決電路出“ 1”，反之出“ 0”碼。 比較器通過比較樣值電流 Ic 和標(biāo)準(zhǔn)電流 Is，從而對(duì)輸入信號(hào)抽樣值實(shí)現(xiàn)非線性（即壓擴(kuò)）量化和編碼，每比較一次，輸出一位二進(jìn)制代碼，且當(dāng) IcIs 時(shí)，出“ 1”碼，反之出“ 0”碼。由于 13 折線法中用 7 位二進(jìn)制碼代表段落碼和段內(nèi)碼，所以對(duì)一個(gè)信號(hào)的抽樣值需要進(jìn)行 7 次比較，每次所需的標(biāo)準(zhǔn)電 流均由本地譯碼器提供。 由于 13 折線 A 律在正方向共分為 8 大段，用段落碼 M2M3M4 表示，所以在判決輸出碼時(shí)，第 1 次比較應(yīng)先決定信號(hào) Ic 是屬于 8 大段的上 4 段還是下 4 段，這時(shí)權(quán)值 Is是 8 段的中間值， Ic 落在上 4 段， m2=1，落在下 4 段， M2=0；第 2 次比較要選擇本文源自六維論文網(wǎng)在第 1 次比較結(jié)果后的那 4 段的上兩段還是下兩段，當(dāng) Is在上兩段時(shí)，M3=1，否則 M3=0；同理用 M4 為“ 1”或“ 0”來表示 Ic 落在那兩段的上一段還是下一段，可以說段落碼編碼的過程是決定 Ic落在 8段中那一段并用這段起始電平表示 Is的過程。 段內(nèi)碼的編碼過程與段落碼相似，即決定 Ic 落在 16 等份段中那一段內(nèi)，并用這段起始電平表示 Ic 的過程。 本地譯碼器是由 A/D 轉(zhuǎn)換器和記憶器， 7/11 變換電路以及輸出權(quán)值的恒流源網(wǎng)絡(luò)組成的。如圖 14 所示，由于比較器輸出反饋至本地譯碼器的 M2 到 M87 位非線性碼是串行的，經(jīng)過串 /并變換為并行碼，同時(shí)記憶電路把它寄存下來。這是因?yàn)槌?1 次比較外，其余各次比較都要依據(jù)前幾次比較的結(jié)果來確定標(biāo)準(zhǔn)電流 Is 的值。因此， 7 位碼組中的前 6 位狀態(tài)均應(yīng)由記憶電路寄存下來。 7/11 變換電路就是數(shù)字壓縮 器，因?yàn)椴捎梅蔷鶆蛄炕?7 位非線性編碼等效為 11 位線性碼，而比較器只能編 7 位碼，反饋到本地譯碼器的全部碼也只有 7 位，恒流源有 11 個(gè)基本權(quán)值電流支路，需要 11 個(gè)控制脈沖來控制，所以必須經(jīng)過變換，把 7 位碼變?yōu)?11 位碼。其實(shí)質(zhì)就是完成擴(kuò)張（或非線性到線性之間的變換）。恒流源用來提供各種標(biāo)準(zhǔn)電壓值。為了獲得各種標(biāo)準(zhǔn)電流值 Is，在恒流源中有數(shù)個(gè)基本權(quán)值電流支路，基本的權(quán)值電流個(gè)數(shù)與量化級(jí)數(shù)有關(guān)，上述 128 個(gè)量化級(jí)需要 7 位碼，它要求有 11 個(gè)基本權(quán)值支路，每次應(yīng)該開那個(gè)開關(guān)接通形成比較用的標(biāo)準(zhǔn)電流 Is，由前面的比較結(jié)果經(jīng) 變換后得到的控制信號(hào)來控制。 譯碼原理，譯碼作用是把收到的 PCM 信號(hào)還原成相應(yīng)的 PAM 信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)數(shù) /模變換（ D/A 變換）。 A 律 13 折線譯碼器原理圖，如圖 13 所示，與圖 12 中本地譯碼器很相似，所不同的增加了極性控制部分和帶有寄存讀出的 7/12 位碼變換電路，下面簡(jiǎn)單介紹這兩部分電路 圖 14 A 律 13 折線譯碼器原理圖 極性控制部分作用是根據(jù)收到的極性碼 M1 是“ 1”還是“ 0”來辨別 PCM 信號(hào)的極性，使譯碼后的 PAM 信號(hào)的極性恢復(fù)成與發(fā)送端相同的極性。 7/12 變換電路是將 7 位非線性碼轉(zhuǎn)換為 12 位線性碼，在編碼器的本地譯碼器中采用 7/11 位碼變換，使得量化誤差有可能大于本段落量化間隔的一半，為使量化誤差均小于段落內(nèi)量化間隔的一半，譯碼器的 7/12 變換電路使輸出的線性碼增加一位碼，人為地補(bǔ)上半個(gè)量化間隔，從而改善量化信噪比。 寄存讀出電路是將輸入的串行碼在存儲(chǔ)器中寄存起來，待全部接收后再一起讀出，送入解碼網(wǎng)絡(luò)，這實(shí)際上是進(jìn)行串 /并變換。 以上介紹完量化和編碼的基本原理。 A 律壓論文網(wǎng) 雖然這一部分完成了抽樣，量化和編碼，但 MAX1246 的輸出碼流是 12 位，為了實(shí)現(xiàn) 12 位數(shù)轉(zhuǎn)換成 8 位的 A 律 PCM 碼，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。 圖 15 語(yǔ)音壓縮 運(yùn)行 explore 的 A 律壓縮程序后暫停，打開圖像窗口，將圖形窗口設(shè)置為采樣點(diǎn)512，時(shí)域，自動(dòng)標(biāo)尺，數(shù)據(jù)類型 16 位整型。數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后，放置在 3000h 到 3800h.把圖像窗口的起始位置設(shè)為 3000h，可觀察到 A 律壓縮后的結(jié)果，這時(shí)查看內(nèi)存窗口會(huì)發(fā)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的有效字長(zhǎng)是否由 12 位壓縮到 8 位。 A 律壓縮的設(shè)計(jì)結(jié)果 圖 16 壓縮后的數(shù)據(jù)內(nèi)存 觀察壓縮后的數(shù)據(jù)內(nèi)存，可以清楚的發(fā)現(xiàn)：由 MAX1246A/D 輸出的 12 位數(shù)字信號(hào)已經(jīng)被壓縮成 8 位的數(shù)字信號(hào)，并存入 0x3000 地址空間內(nèi)。這是依據(jù) A 律壓縮原理完成的。由于人的語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)，故可以適當(dāng)忽略大信號(hào)，確保小信號(hào)，以本文源自六維論文網(wǎng)達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的。壓縮后的數(shù)字信號(hào)的有效碼位由 12 位變成了 8 位，有利于數(shù)字信號(hào)的傳輸。本課題的基本內(nèi)容是完成一個(gè)基于 DSP 的語(yǔ)音壓縮處理系統(tǒng) ，所以本部分是課題的最重要的核心。 語(yǔ)音合成 圖 17 語(yǔ)音生成 在本課題中，主要是利用 8253 定時(shí)器和 8255 可編程控制器實(shí)現(xiàn)。