基于DSP改进的RPELTP语音编码算法的研究资料下载.pdf

1、关键 词：A D P C M；R P E L T P；D S P，优化 中图分类号：T N 9 1 1 2 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 3 8 2 5 X（2 0 0 8）0 6-0 6 5 9-0 4 Re s e a r c h o n i m p r o v e d RPE-LTP s pe e c h c o di n g a l g o r i t h m ba s e d o n DS P H E Q i n L I X i a o w e n （1 C o l l e g e o f C o m p u t e r S c i e n c e a n d T e c h

2、 n o l o g y，C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o f P o s t s a n d T e l e c o mm u n i c a t i o n s，C h o n g q i n g 4 0 0 06 5，P R Ch i n a；2 C o l l e g e o f Co mmu n i c a t i o n a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g，Ch o n g q i n g Un i v e rsi t y o f P o s t s a n d T e l e

3、 c o mm u n i c a t i o n s，C h o n g q i n g 4 0 0 0 6 5，P R C h i n a）Ab s t r a c t：I n o r d e r t o c o mp r e s s t h e t r a n s mi s s i o n b a n d wi d t h o f s p e e c h s i g n a l，t h e r e g u l a r p u l s e e x c i t a t i o n c o d i n g o f R P E L T P s p e e c h c o d i n g a l

4、g o r i t h m i s o p t i mi z e d b y u s i n g ADP C M t o r e d u c e t h e c o d i n g r a t e f r o m 1 3 k b i s t o 9 k b i t s T h e i m p r o v e d a l g o ri t h m h a s b e e n o p t i mi z e d t o r e a l-t i me i mp l e me n t o n t h e T MS 3 2 0 C 5 5 x g e n e r a t i o n DS P b y p

5、e r f o r mi n g c o mp i l e r-l e v e l o p t i mi z a t i o nC l a n g u a g e l e v e l o p t i mi z a t i o n a n d a s s e mb l y l e v e l o p t i mi z a t i o n T h e s p e e d o f t h e o p t i mi z e d RP E m a l g o r i t h m i s 5 6 3 MC P S i n T MS 3 2 0 C 5 5 1 0 E x p e r i me n t a

6、l r e s u l t s s h o w t h a t t h e o p t i mi z e d RP E一 P a l g o ri t h m h a s a h i g h r e-c o n s t r u c t e d s p e e c h q u a l i t y Ke y wo r d s：AD P C M；RP E I J rr P；DS P；o p t i mi z a t i o n U 刖 吾 随着信息社会和通信技术的高速发展，频率资 源变得愈加宝贵。因此，压缩语音信号的传输带宽 一直是人们追求的 目标，语音编码在实现这一 目标 的过程 中担当着重要角色

7、。1 9 8 2年起，欧洲蜂窝移 动通信特别小组（G S M）开始研究制定 9 0 0 MH z 泛 欧数字蜂窝系统标准。1 9 8 5年 I E E E I C A S S P年会 上提出了 R P E-L P C（规则脉冲激励一 线性预测）算 法，而后 在 R P E L P C中加 人 了长 时预 测，形成 了 R P E L T P（规 则 脉 冲激 励一 长 时 预测）算 法。R P E 一 收稿 日期：2 0 0 8-06 1 2 修订 日期：2 0 0 8 1 0 1 3 基金项 目：科技型中小企业技术创新基金（0 4 C 2 6 2 1 5 1 1 1 3 6 6）I J T

8、P在 1 9 8 8年被确定为泛欧标准全速率语音 编码 方案，称 为 G S M 标 准。R P E L T P压缩倍 律为 5 倍，传输码率为 1 3 k b i t s，为了进一步提高其压缩倍 律，增加带宽利用率，本文提 出了改进 的 R P E L T P 算法，使其传输码 率降为 9 k b i t s，并在 O M A P 1 6 1 2 平台上实现了该算法，实验证明，改进 的算法在降低 编码速率的同时保证 了语音质量。1 R P E-L T P语音编码算法原理 R P E L T P语 音编 码器 原理框 图如 图 1所示。R P E L T P 语音编码器对语音信号进行压缩编码时

9、，输入信号按帧读人，帧长为2 0 m s，在 8 k H z 采样率 时包含 1 6 0 个样本值。图 1中，首先对输人信号进 行预处理，处理结果用来分析确定短时分析滤波器 重 庆 邮 电 大 学 学 报（自然科学版）第 2 0卷 的系数。用这些系数构造逆滤波器，滤波 1 6 0个信 号取样点得到 1 6 0个点的短时残差信号。在接下来 的处理里，语音 帧被分成 4个 子帧，每个子帧包含 4 0个短时残差信号值。在对子帧处理之前，先根据 当前子帧和以前的 1 2 0个短时重构残差信号，估计 和修改 I JT P分析块中的长时分析滤波参数、L T P延 迟和 L T P增益。4 0个长时残差信号

10、可 以通过从短 时残差信号中减去 4 0 个短时残差信号的估值得到，然后经过规则脉冲激励 分析，由规则激励分析完成 R P E L P C算法的基本压缩功能。d 反 射 勰 露 比 编 码 短时残差 长时残差f 4 0 个样点）预测短时残差（4 0 个样点 重构短时残差f 4 0 个样点 量化的长时残差f 4 0 个样）L 点1 I 哆 ms 图 1 R P E 一 P语音编码器原理 图 Fi g 1 Princ i p l e s d i a g r a m o f RPE一 P e nc o de r 2 R P E-L T P算法的改进 G S M标准中，规则脉冲激励编码采用 A P C

11、 M对 所选的规则脉冲序列进行量化编码。规则脉 冲 序列由 1 3个样点（2）组成，先找出I（n）I 最大 的 ，对 用 6 b i t 对数量 化编码得到 ，对 Xma xc解码后得到 ，用来对 1 3个非零样值作归一 化处理得到（n），即 舯、（n）=，n：0，1 2 （1）然后，用 3 b i t 均匀量化（凡），每帧需要 1 8 0 b i t 对脉冲序列进行编码。由于每个样本信号的位 数太大，直接对输入信号的幅值进行量化编码时，耗 用资源较多。在保证语 音质量的前提下，本文采用 A D P C M方式加以改进。对实际的规则脉冲与预测 的规则脉冲之差进行编码，每个样值仅用 2 b i

12、t 进行 编码。每帧用 1 0 4 b i t 对脉冲序列进行编码，使编码 速率从 1 3 k b i t s 降为 9 k b it s，同时也降低了耗用 资源数量。A D P C M编码原理图如图 2所示。首先，将入选的 R P E序列（2）与预测值（n）相减得到二者的差值信号 d（2）=（n）一 （n）（2）图 2 A D P C M编码原理图 F i g 2 P rin c i p l e s d i a g r a m o f ADP C M e n c o d i n g 将差值信号进行 自 适应量化，为便于进行自适 应运算，采用引入量化因子 Y（7,）（由量化因子计算 模块产生）

13、的方法。为避免进行除法运算，将差值 信号的归一化运算在对数域上进行，即：d （2）=l b（d（2）一Y（n）（3）用 2位二进制数编码 d （n），1位表示幅度，1 位表示符 号。这 2位量 化器 输 出，（n），形成 1 6 k b i t s 输出信号。同时，（）也反馈到逆 自适应量 化器。其 中，量化因子 Y（n）由（4）式计算得出。、（1 2 4）y（n一1）+2 2 7 4 4 f，（n）f=1 【（1 2-5）y（n一1）+2 （一1 3 8）I，（n）I=0 （4）逆 自适应量化器根据量化因子 Y（凡），把，（n）进行逆量化，并把结果转换到非对数域，得到差值信 号的逆量化值。d

14、 （n）：l 1（2）I=1 （5）通过 量 化 差 值 信 号 d （n）计 算 预 测 信 号（n），采用 6阶零点、2阶极点的预测器。预测信 号为 2 Ce（2）=a i（n 一1）（n一 ）+X e z（n）（6）X e z（）=b i（一 1）n ）（7）（6）式中：（ni）为（i）的重构信号，它由预测 值加上差值信号 的逆量 化值得到 R P E序列（i）的重构信号，重构信号定义为（ni）=（ni）+d。（n ）（8）得到的预测信号作为差值信号计算模块的输 入，这样就完成 了反馈环路。3 改进的 R P E-L 1 1 P 在 C 5 5 x上的实现 参照 G S M 标准，用 C语言实现的原始 R P E L T P 算法性能不理想，而改进后的算法运算速度又 第 6期 何琴，等：基于 D S P改进的 R P E L T P语音编码算法的研究 6 6 1 进一步下降。为了能充分利用 C 5 5 x的资源提高代 码运行速度，需对算法实行优化。3 1 编译器级优化 C 5 5 x 编译 器 中 的优化 器 提供 了多 级 优化 选 项 J，针对不 同的应用程 序采用不 同的优 化选 项。在优 化 中使 用 以下 3个 选 项：程 序 级 优 化 选 项“一