【正文】 常用的音頻取樣頻率 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 21 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。一般的取樣是按均勻的時(shí)間間隔進(jìn)行的。 （ 1）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)。 第二章 4 第二章 相關(guān)技術(shù)介紹 編解碼原理介紹 語(yǔ)音的數(shù)字化過(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。第三章主要介紹對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。 全文分為四章，第一章概述語(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)容及意義。 本文主要討論 標(biāo)準(zhǔn)的編碼以及其在基于 TMS320F2812 實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。當(dāng)前，對(duì) 標(biāo)準(zhǔn)中算法的研究一直在進(jìn)行，并且取得了很大的成績(jī)，程序得到了很大的優(yōu)化。 如何在有限的頻帶中得到較高的合成語(yǔ)音質(zhì)量，并且盡可能地降低語(yǔ)音傳輸速率，就成為了 亟待解決的問(wèn)題。 第一章 3 本論文的主要內(nèi)容 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)帶寬有限的無(wú)限通信、信道價(jià)格昂貴的衛(wèi)星通信和軍用保密通信的需求不斷增加，各種與語(yǔ)音應(yīng)用服務(wù)相關(guān)的新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，要求語(yǔ)音數(shù)據(jù)能被靈活處理、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)和傳送。編碼器發(fā)送的主要信息是語(yǔ)音生成模型的參數(shù)，相當(dāng)于語(yǔ)音的主要特征，而并非語(yǔ)音 的波形幅值。參數(shù)編碼的原理和設(shè)計(jì)思想和波形編碼完全不同。但它的碼率高，當(dāng)碼低于 32kbps 的時(shí)候音質(zhì)明顯降低。為了降低比特率，波形編碼會(huì)充分利用相鄰抽樣點(diǎn)之間的相關(guān)性 ，對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行編碼。波形編碼就是根據(jù)語(yǔ)音的信號(hào)波形導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)字編碼形式，令在接收端的解碼器能恢復(fù)出與輸信號(hào)波形相一致的原始語(yǔ)音。語(yǔ)音編碼的目的，是在給定的編碼速率下，使得從解碼恢復(fù)出的重構(gòu)語(yǔ)音的質(zhì)量盡可能高。而且，在通信過(guò)程產(chǎn)生誤碼、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)和突發(fā)傳輸時(shí)，這種方法必須具有健壯性（ Robustness）。在這些頂尖的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，中國(guó)的語(yǔ)音和語(yǔ)言處理技術(shù)得到很大發(fā)展，并逐步在國(guó)際上引起注意。清華大學(xué)語(yǔ)音技術(shù)中心緊隨其后，語(yǔ)音界老前輩方棣棠教授、吳文虎教授于 1979 年創(chuàng)立語(yǔ)音技術(shù)中心 (原名語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)室 )，現(xiàn)已有 27 年的歷史。 在中國(guó)，語(yǔ)音和語(yǔ)言處理技術(shù)的研發(fā)略晚于國(guó)外。反之，有時(shí)語(yǔ)音的波形和特征參量變化很大，而人同樣可以理解。但是，作為一個(gè)速率低第一章 2 限，臨界信息速率應(yīng)該是人理解信號(hào)所需要的最小速率，但這是一個(gè)還需要繼續(xù)深入研究的問(wèn)題。在保證語(yǔ)音質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步降低比特率，仍然是語(yǔ)音編碼研究的主要焦點(diǎn)。應(yīng)用廣泛的線(xiàn)性預(yù)測(cè)LPC(Linear Predictive Coding)聲碼器是典型的語(yǔ)音參數(shù)編碼器。參數(shù)編碼主要是從聽(tīng)覺(jué)感知的角度注重語(yǔ)音的重現(xiàn)，即讓解碼語(yǔ)音聽(tīng)起來(lái)與 輸入語(yǔ)音是相同而不是保證其波形相同。最近，對(duì)于波形編碼器提出了一些新技術(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。波形編碼具有抗噪性能強(qiáng)、語(yǔ)音質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但需要較高的數(shù)碼率，一般為 16kbps~ 64kbps。 波形編碼的基本原理是在時(shí)間軸上對(duì)模擬語(yǔ)音按一定的速率抽樣，然后將幅度樣本分層量化，并用代碼表示。此外還有此基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的增強(qiáng)多帶激勵(lì)聲碼器MBE(IMBE)算法。從最初的 64kbps 的標(biāo)準(zhǔn) PCM 波形編碼器到現(xiàn)在 4kbps 以下的參量編碼的聲碼器，語(yǔ)音壓縮編碼在幾十年里得到迅速發(fā)展。 1937 年 提出了脈沖編碼調(diào)制 PCM(Pulse Code Modulation)理論開(kāi)創(chuàng)了語(yǔ)音數(shù)字化通信的歷程。 1939 年 Dudley 研制成功第一個(gè)聲碼器，從此奠定了語(yǔ)音產(chǎn)生模型的基礎(chǔ)，這一工作在語(yǔ)音信號(hào)處理領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。in the third chapter the results of the experiment are analyzed。 Whole paper is made up of three chapters In the first chapter， summarizes the classification、 standard and tendency of Speech coding 。 關(guān)鍵詞 :語(yǔ)音壓縮編碼， ， TMS320F2812。第三章主要對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論與驗(yàn)證。 全文分為四章，第一章概述語(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)容及意義。 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)。為此，國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU)推出了 標(biāo)準(zhǔn)，即 PCM 編碼調(diào)制。目前的 DPS 芯片以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能而在通信和其他信號(hào)處理領(lǐng)域得到廣泛注意，并已成為開(kāi)發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)技術(shù)。摘要 Ⅰ 摘 要 DSP 芯片，也稱(chēng)數(shù)字信號(hào)處理器，是一種針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理而特別設(shè)計(jì)的微處理器。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)上取得的突破進(jìn)展，集成化的 DPS 數(shù)字信號(hào)處理器具有體積小、功耗低和運(yùn)算速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此非常適用于語(yǔ)音信號(hào)的壓縮處理。 近年來(lái)，隨著多媒體信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字語(yǔ)音壓縮技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，目的是在保證語(yǔ)音一定質(zhì)量的前提下盡可能降低其編碼比特率，便于在有限的傳輸帶寬內(nèi)讓出更多 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。具有語(yǔ)音質(zhì)量高、低延時(shí)和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，可用于數(shù)字語(yǔ)音通信領(lǐng)域，具有很高的研究?jī)r(jià)值。在著重分析和研究了 標(biāo)準(zhǔn)的算法原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)說(shuō)明了基于高性能DSP(TMS320F2812)的語(yǔ)音壓縮編解碼系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，并針對(duì)算法的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)的運(yùn)算量大的問(wèn)題。第二章分析了語(yǔ)音信號(hào)編、解碼原理與 標(biāo)準(zhǔn)的算法原理和論述了 TMS320F2812 軟、硬件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。第四章詳細(xì)的對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。 ABSTRACT Ⅱ Abstract DSP Processor is designed for realtime digital signal the great Progresses and a series of breakthrough in VLSI technologies， integrated DSPs process out soon after. Integrated DSPs Possess many advantages ， such as pactness， low Power cost， and high working speed and so on which are mostly suitable in speech signal pressing. Present DSPs are getting more and more attentions in the information field， due to its Powerful signal Processing ability，being a hotpoint technique in munication and other relating signal nrocessing areas. With the rapid development of Multimedia munication technology and Inter technology, Application of Digital speech Coding is more widely in recent years. Digital speech Coding can reduce rate of bits ,for the purpose of provided more channels to transfer image、 document、 puter files and other Data stream, but the operation must assure quality of speech. So ITU introduce , a voice pressing criterion, 64kbps rate speech criterion have the advantages of high speech quality、 low time delay and good stability， which can be applied in the area of digital speech munication and be worth researching highly. First of all the development course and tendency of Speech Compress Coding has been introduced. On the basis of analysis and research to theory of criterion arithmetic ， realization of the algorithm of speech coding’s system based on TMS320F2812 is narrated .Due to large operation when arithmetic is run in realtime， several methods of optimized codes was put forward .Loaded optimized codes in TMS320F2812 and simulated， the arithmetic’s performance was pared in the second chapter，theories of criterion arithmetic are analyzed: design of hardware and software speech coding， system based on TMS320f2812。 in the last chapter ,the main conclusions of design are summarized. Keywords: Speech Compress Coding, TMS320F2812.第一章 1 第一章 引 言 語(yǔ)音編碼的發(fā)展進(jìn)程及現(xiàn)狀 語(yǔ)音信號(hào)處理的研究工作最早可以追溯到 1876 年貝爾發(fā)明的電話(huà)，該發(fā)明首次用聲電、電聲轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的語(yǔ)音傳輸。本世紀(jì) 30 年代以前，語(yǔ)音信號(hào)的處理及傳輸均是以模擬的方式進(jìn)行。數(shù)字化語(yǔ)音的傳輸與存儲(chǔ) 可靠性、抗干擾、速交換、易保密等各方面都遠(yuǎn)勝于模擬語(yǔ)音。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、參量編碼及二者相結(jié)合的混合編碼。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。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)。如果希望有較高的編碼質(zhì)量，當(dāng)編碼速率在下降時(shí)，其合成語(yǔ)音的性能會(huì)下降得很快。 參數(shù)編碼又稱(chēng)為聲碼器技術(shù)，它通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析，提取參數(shù)來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行編碼，在接收端能夠用解碼后的參數(shù)重構(gòu)語(yǔ)音信號(hào)。這種編碼方式一般對(duì)數(shù)碼率的要求要比波形編碼低很多，但只能達(dá)到合成語(yǔ)音的質(zhì)量 (即自然度、講話(huà)者的可識(shí)別性都較差的語(yǔ)音 )，即使碼率提高到與波形編碼相當(dāng)時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量也不如波形編碼。最新的參數(shù)編碼器有正弦變換編碼器、波形內(nèi)插編碼器等。然而，這是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，它受多種因素的限制，例如 :語(yǔ)音信號(hào)所包含的信 息內(nèi)容。因?yàn)橛嘘P(guān)語(yǔ)音信號(hào)的某些信息，人能夠感覺(jué)到有變化，而編碼器卻找不到對(duì)應(yīng)的特征參量。要達(dá)到理論上 50bit/s 確語(yǔ)音信息率最低限這個(gè)目標(biāo)，對(duì)人腦感知信號(hào)的過(guò)程，必須有更深入的研究。中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所的俞鐵城教授應(yīng)該說(shuō)是中國(guó)最早涉足這一領(lǐng)域的人之一，他于 1977 年在《物理學(xué)報(bào)》發(fā)表了全國(guó)第一篇關(guān)于 語(yǔ)音識(shí)別的論文。隨后，全國(guó)各地從事這方面研究的機(jī)構(gòu)越來(lái)越多，比較著名的有清華大學(xué)電子工程系、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所、中國(guó)科技大學(xué)、中國(guó)社會(huì)科學(xué)院語(yǔ)言研究所 (在語(yǔ)音學(xué)研究方面，吳宗濟(jì)先生的起步更早 )、北京大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等等。 語(yǔ)音編碼技術(shù) 語(yǔ)音編碼的主要功能就是把語(yǔ)音的采樣值 編碼成少量的比特（幀）。在接收端，語(yǔ)音幀先被解碼為采樣值，然后再轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音波形。語(yǔ)音編碼主要可分為兩種：波形編碼和參數(shù)編碼。波形編碼的基本思路是忠實(shí)地再現(xiàn)語(yǔ)音的時(shí)域波形。波形編碼的方法簡(jiǎn)單，有較好的合成語(yǔ)音質(zhì)量。著名的波形編碼標(biāo)準(zhǔn)有 （ 64kbps PCM 編碼調(diào)制）和 （ 16/24/32 kbps ADPCM 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制）。它根據(jù)對(duì)人的發(fā)聲機(jī)理的第一章緒論分析，著眼于構(gòu)造語(yǔ)音生成模型，該模型以一定的精度模擬發(fā)聲者的聲道，接收端根據(jù)該模型還原生成發(fā)聲者的語(yǔ)音。參數(shù)編碼器可以有效地降低編碼比特率，目前小于 16kbps 的低比特率語(yǔ)音編碼都采用參數(shù)編碼。為了減少存儲(chǔ)量和傳輸速率，需