毕业论文基于dsp语音信号编解码器设计终稿精.docx

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毕业论文基于dsp语音信号编解码器设计终稿精

摘要Ⅰ摘要DSP芯片也称数字信号处理器是一种针对数字信号处理而特别设计的微处理器。

随着超大规模集成电路技术上取得的突破进展集成化的DPS数字信号处理器具有体积小、功耗低和运算速度快等诸多优点因此非常适用于语音信号的压缩处理。

目前的DPS芯片以其强大的数据处理功能而在通信和其他信号处理领域得到广泛注意并已成为开发应用的热点技术。

近年来随着多媒体信息技术和网络技术的高速发展数字语音压缩技术的应用领域越来越广泛目的是在保证语音一定质量的前提下尽可能降低其编码比特率便于在有限的传输带宽内让出更多的信道来传送图像、文档、计算机文件和其他数据流。

为此国际电信联盟（ITU）推出了G.711标准即PCM编码调制。

具有语音质量高、低延时和稳定性好的优点可用于数字语音通信领域具有很高的研究价值。

本文首先简要的介绍了语音压缩编码算法的发展进程以及发展趋势。

在着重分析和研究了G.711标准的算法原理的基础上详细说明了基于高性能DSP（TMS320F2812）的语音压缩编解码系统的实现方法并针对算法的实时实现出现的运算量大的问题。

全文分为四章第一章概述语音压缩编解码的发展进程、趋势以及课题的主要研究内容及意义。

第二章分析了语音信号编、解码原理与G.711标准的算法原理和论述了TMS320F2812软、硬件的开发和设计。

第三章主要对结果进行讨论与验证。

第四章详细的对全文进行了总结。

关键词:

语音压缩编码G.711TMS320F2812。

ABSTRACTⅡAbstractDSPProcessorisdesignedforreal-timedigitalsignalProcess.WiththegreatProgressesandaseriesofbreak-throughinVLSItechnologiesintegratedDSPsprocessoutsoonafter.IntegratedDSPsPossessmanyadvantagessuchascompactnesslowPowercostandhighworkingspeedandsoonwhicharemostlysuitableinspeechsignalcompressing.PresentDSPsaregettingmoreandmoreattentionsintheinformationfieldduetoitsPowerfulsignalProcessingabilitybecomingahot-pointtechniqueincommunicationandotherrelatingsignalnrocessingareas.WiththerapiddevelopmentofMultimediacommunicationtechnologyandInternettechnology,ApplicationofDigitalspeechCodingismorewidelyinrecentyears.DigitalspeechCodingcanreducerateofbits,forthepurposeofprovidedmorechannelstotransferimage、document、computerfilesandotherDatastream,buttheoperationmustassurequalityofspeech.SoITUintroduceG.711,avoicecompressingcriterion,64kbpsratespeechCoding.Thecriterionhavetheadvantagesofhighspee

chquality、lowtimedelayandgoodstabilitywhichcanbeappliedintheareaofdigitalspeechcommunicationandbeworthresearchinghighly.FirstofallthedevelopmentcourseandtendencyofSpeechCompressCodinghasbeenintroduced.OnthebasisofanalysisandresearchtotheoryofG.711criterionarithmeticrealizationofthealgorithmofspeechcoding’ssystembasedonTMS320F2812isnarrated.Duetolargeoperationwhenarithmeticisruninreal-timeseveralmethodsofoptimizedcodeswasputforward.LoadedoptimizedcodesinTMS320F2812andsimulatedthearithmetic’sperformancewascompared·WholepaperismadeupofthreechaptersInthefirstchaptersummarizestheclassification、standardandtendencyofSpeechcoding;inthesecondchaptertheoriesofG.711criterionarithmeticareanalyzed:

designofhardwareandsoftwarespeechcodingsystembasedonTMS320f2812;inthethirdchaptertheresultsoftheexperimentareanalyzed;inthelastchapter,themainconclusionsofdesignaresummarized.Keywords:

SpeechCompressCoding,G.711criterion,TMS320F第一章-1-第一章引言1.1语音编码的发展进程及现状语音信号处理的研究工作最早可以追溯到1876年贝尔发明的电话该发明首次用声电、电声转换技术实现了远距离的语音传输。

1939年Dudley研制成功第一个声码器从此奠定了语音产生模型的基础这一工作在语音信号处理领域具有划时代的意义。

本世纪30年代以前语音信号的处理及传输均是以模拟的方式进行。

1937年A.H.Reeves提出了脉冲编码调制PCM（PulseCodeModulation）理论开创了语音数字化通信的历程。

数字化语音的传输与存储可靠性、抗干扰、速交换、易保密等各方面都远胜于模拟语音。

从最初的64kbps的标准PCM波形编码器到现在4kbps以下的参量编码的声码器语音压缩编码在几十年里得到迅速发展。

语音压缩编码的发展经历了以下几个阶段:

波形编码、参量编码及二者相结合的混合编码。

此外还有此基础上发展而来的增强多带激励声码器MBE（IMBE）算法。

波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。

波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样然后将幅度样本分层量化并用代码表示。

解码是相反过程将接收的数字序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。

波形编码具有抗噪性能强、语音质量好等优点但需要较高的数码率一般为16kbps~64kbps。

如果希望有较高的编码质量当编码速率在下降时其合成语音的性能会下降得很快。

最近对于波形编码器提出了一些新技术例如后滤波器、改进激

励程序等使得语音质量有比较大的提高。

参数编码又称为声码器技术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收端能够用解码后的参数重构语音信号。

参数编码主要是从听觉感知的角度注重语音的重现即让解码语音听起来与输入语音是相同而不是保证其波形相同。

这种编码方式一般对数码率的要求要比波形编码低很多但只能达到合成语音的质量（即自然度、讲话者的可识别性都较差的语音）即使码率提高到与波形编码相当时语音质量也不如波形编码。

应用广泛的线性预测LPC（LinearPredictiveCoding）声码器是典型的语音参数编码器。

最新的参数编码器有正弦变换编码器、波形内插编码器等。

在保证语音质量的前提下进一步降低比特率仍然是语音编码研究的主要焦点。

然而这是一个很复杂的问题它受多种因素的限制例如:

语音信号所包含的信息内容。

但是作为一个速率低第一章-2-限临界信息速率应该是人理解信号所需要的最小速率但这是一个还需要继续深入研究的问题。

因为有关语音信号的某些信息人能够感觉到有变化而编码器却找不到对应的特征参量。

反之有时语音的波形和特征参量变化很大而人同样可以理解。

要达到理论上50bit/s确语音信息率最低限这个目标对人脑感知信号的过程必须有更深入的研究。

在中国语音和语言处理技术的研发略晚于国外。

中国科学院声学研究所的俞铁城教授应该说是中国最早涉足这一领域的人之一他于1977年在《物理学报》发表了全国第一篇关于语音识别的论文。

清华大学语音技术中心紧随其后语音界老前辈方棣棠教授、吴文虎教授于1979年创立语音技术中心（原名语音实验室）现已有27年的历史。

随后全国各地从事这方面研究的机构越来越多比较著名的有清华大学电子工程系、中国科学院自动化研究所、中国科技大学、中国社会科学院语言研究所（在语音学研究方面吴宗济先生的起步更早）、北京大学、哈尔滨工业大学等等。

在这些顶尖的学术机构的带动下中国的语音和语言处理技术得到很大发展并逐步在国际上引起注意。

1.2语音编码技术语音编码的主要功能就是把语音的采样值编码成少量的比特帧。

而且在通信过程产生误码、网络抖动和突发传输时这种方法必须具有健壮性Robustness。

在接收端语音帧先被解码为采样值然后再转换成语音波形。

语音编码的目的是在给定的编码速率下使得从解码恢复出的重构语音的质量尽可能高。

语音编

码主要可分为两种波形编码和参数编码。

波形编码就是根据语音的信号波形导出相应的数字编码形式令在接收端的解码器能恢复出与输信号波形相一致的原始语音。

波形编码的基本思路是忠实地再现语音的时域波形。

为了降低比特率波形编码会充分利用相邻抽样点之间的相关性对差分信号进行编码。

波形编码的方法简单有较好的合成语音质量。

但它的码率高当码低于32kbps的时候音质明显降低。

著名的波形编码标准有G.71164kbpsPCM编码调制和G.72616/24/32kbpsADPCM自适应差分脉冲编码调制。

参数编码的原理和设计思想和波形编码完全不同。

它根据对人的发声机理的第一章绪论分析着眼于构造语音生成模型该模型以一定的精度模拟发声者的声道接收端根据该模型还原生成发声者的语音。

编码器发送的主要信息是语音生成模型的参数相当于语音的主要特征而并非语音的波形幅值。

参数编码器