多制式语音编码及其dsp实现本科学位论文.docx

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多制式语音编码及其dsp实现本科学位论文

本科毕业设计

多制式语音编码及其DSP实现

Multi-standardspeechcodingandDSPImplementation

摘要

介绍了一种多制式语音编解码器，在单片TMS320VC5409上完成4路话音的全双工通信，并实现G.729a、CVSD、ADPCM算法之间的编码转换，给出了算法的软硬件实现、算法的运算量及所占用的硬件资源。

语音通信在现代通信中占有重要地位，它研究的是语音信号的高效、高质量传输的问题，包括语音编码、语音加密等内容。

虽然语音通信仅研究对语音信号进行压缩传输等内容，在理论上比语音合成与语音识别简单，但是这一领域仍然存在很多需要解决的问题，而且这项技术仍处于不断发展之中。

关键词：

多制式语音编解码TMS320VC5409G.729aCVSDADPCM

ABSTRACT

Introducedamulti-standardvoicecodecs,asingleTMS320VC5409tocompletethefour-wayfull-duplexvoicecommunication,andtoachieveG.729a,CVSD,ADPCMalgorithmbetweentheencodingconversion,thealgorithmisgiventhehardwareandsoftwaretoachieve,Thealgorithmforcomputingcapacityandoccupiedbythehardwareresources.

Voicecommunicationsinmoderncommunicationoccupiesanimportantposition,itisthevoicesignalontheefficient,high-qualitytransmissionproblems,includingvoicecoding,voiceencryption,andothercontent.Althoughvoicecommunicationsonlyonthecompressedvoicesignaltransmission,etc.,intheorythanvoicesynthesisandvoicerecognitionsimple,buttherearestillmanyareasthatneedtoresolvetheissue,butthetechnologyisstillincontinuousdevelopment.

Keywords:

Multi-standardvoicecodecsTMS320VC5409G.729aCVSDADPCM

目录

第一章绪论.......................................................................................1

1.1引言..............................................................................................1

1.2三种语音编码简介......................................................................2

1.3论文研究目的和内容..................................................................4

第二章语音编码的设计...................................................................5

2.1G.729a算法..................................................................................5

2.2ADPCM算法..............................................................................9

2.3CVSD算法.................................................................................11

第三章芯片和硬件系统设计..........................................................14

3.1DSP芯片TMS320VC540912....................................................14

3.2硬件系统.....................................................................................15

3.3硬件系统的调试.........................................................................21

第四章软件系统设计与调试及算法修正......................................23

4.1CVSD算法的修正......................................................................23

4.2G.729算法的回声抵消模块.......................................................24

4.3储存区的优化.............................................................................24

4.4代码的优化.................................................................................25

4.5软件的调试.................................................................................25

第五章多制式语音编码的发展前景..............................................27

结论......................................................................................................29

参考文献..............................................................................................30

致谢......................................................................................................32

第一章绪论

1.1引言

语音通信在现代通信中占有重要地位，它研究的是语音信号的高效、高质量传输的问题，包括语音编码、语音加密等内容。

虽然语音通信仅研究对语音信号进行压缩传输等内容，在理论上比语音合成与语音识别简单，但是这一领域仍然存在很多需要解决的问题，而且这项技术仍处于不断发展之中。

语音编码的目的是在保持可以接受的失真的情况下采用尽可能少的比特数表示语音。

如果对语音直接采用模/数变换技术编码，则传输或储存语音的数据量太大。

为了降低传输或存储的费用，就必须对其进行压缩。

各种编码技术的目的就是为了减少传输码率或存储量，以提高传输或存储的效率。

在这里，传输码率就是指传输每秒钟语音信号所需要的比特数，也称数码率。

经过这样的编码之后，同样的信道容量能传输更多路的信号，如用于存储则只需要较小容量的存储器，因而这类编码又称为压缩编码。

实际上，压缩编码需要在保持可懂度与音质、降低数码率和降低编码过程的计算代价三方面折衷。

经过语音的压缩编码后，可以得到低数码率的语音。

低数码率的语音具有以下优点：

1、它可以在窄带信道（例如3kHz模拟电话线路和高频无线电信道）上传输。

采用低数码率的语音编码率的语音编码技术，有效地适应了信号电缆带宽窄的特点。

2、更能克服信道失真，这意味着可以采用比较简单的调制解调器3、在大多数信道中，当误码率给定时，低数码率比高数码率所需要的发射功率更小。

4、给定容量的复接电路或者复按电路网络允许通过更多的信道。

5、为了存储一定的语音所需要的存储器容量将更少。

6、当和差错纠正与扩频技术结合使用时，将具有更大的抗噪声与抗干扰能力[1]。

语音压缩编码，按照编码后传输所需的数据率来分，可以分为高速率（32kb/s以上）、中高速率（16~32kb/s）、中速率（4.8~16kb/s）、低速率（1.2~4.8kb/s）、和极低速率（1.2kb/s以下）五大类。

语音编码方法，按照传统的概念可分为三类：

波形编码、参数编码（声码器）、和混合编码。

波形编码技术以尽可能重构译音波形为原则进行数据压缩，即在编码端以波形逼近为原则对语音信号进行压缩编码，解码端根据这些编码数据恢复出语音信号的波形。

它具有语音质量好、抗噪声性能强等特点，但所需的编码速率高，一般在64~16kb/s之间。

而参数编码即声码器技术则从听感个角度注重语音本身的重现。

它通过对语音信号进行分析，提取参数来对参数进行编码，在接受端能够用解码后的参数重构语音信号，从而让解码语音听起来与输入语音是相同的，而不是保证其波形相同。

参数编码一般对数码率的要求比波形编码低的多。

缺点是语音音质较差，而且对噪声较敏感、顽健性（指在实验室相对安静环境下训练好的系统，当用在与训练环境不匹配的实际环境时性能下降的程度）不够好。

混合编码是上述两种方法的有机结合，同时从两个方面构造语音编码：

一方面增加语音的自然度，提高语音质量；另一方面对于波形编码实现较低的数码率指标。

由于近年来在语音编码技术研究中，尤其是中、低速率编码技术中，各种新算法、新概念的不断涌现，采用上述概念进行分类的界限已经显得越来越模糊了。

1.2三种语音编码简介

在各种通信设备中，实时的语音压缩通常在DSP上实现。

单一编码算法，由于码率和算法固定，系统的灵活性较差。

越来越多的通信服务要求能实现多种、多路编码算法，提供一定范围内的编码速率和编码算法的多种选择，例如软件无线电、IP电话、多媒体终端等。

G.729a是ITU制定的一种高质量的中速率语音压缩编码标准，编码速率为8kbps，目前已在许多通信系统中得到了应用。

国际电信联盟（ITU）于1995年11月正式通过了G.729。

ITU建议G.729也被称作“共轭结构代数码本激励线性预测编码方案”（CS-ACELP），它是当前较新的一种语音压缩标准。

G.729是由美国、法国、日本和加拿大的几家著名国际电信实体联合开发的。

它需要符合一些严格的要求，比如在良好的信道条件下要达到长话质量，在有随机比特误码、发生帧丢失和多次转接等情况下要有很好的稳健性等。

这种语音压缩算法可以应用在很广泛的领域中，包括ＩＰ电话、无线通信、数字