毕业论文基于dsp语音信号编解码器设计终稿精.docx

1、毕业论文基于dsp语音信号编解码器设计终稿精摘要 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

2、机文件 和其他数据流。为此 国际电信联盟(ITU)推出了G.7 11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TMS320F2

3、812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.711 TMS320F2812。 ABSTRACT Abstract DSP Processor is designed for real-time digital signal Process.With the great Progresses and a series of break-through in VLSI technologies integrated DSPs process out soon after. Integrated DSPs Possess m

4、any advantages such as compactness low Power cost and high working speed and so on which are mostly suitable in speech signal compressing. Present DSPs are getting more and more attentions in the information field due to its Powerful signal Processing ability becoming a hot-point technique in commun

5、ication and other relating signal nrocessing areas. With the rapid development of Multimedia communication technology and Internet 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

6、 to transfer image、document、computer files and other Data stream, but the operation must assure quality of speech. So ITU introduce G.711, a voice compressing criterion, 64kbps rate speech Coding.The criterion have the advantages of high spee ch quality、low time delay and good stability which can be

7、 applied in the area of digital speech communication 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 G.711 criterion arithmetic realization of the algorithm of speech c

8、odings system based on TMS320F2812 is narrated .Due to large operation when arithmetic is run in real-time several methods of optimized codes was put forward .Loaded optimized codes in TMS320F2812 and simulated the arithmetics performance was compared Whole paper is made up of three chapters In the

9、first chapter summarizes the classification、standard and tendency of Speech coding ; in the second chapter theories of G.711 criterion arithmetic are analyzed: design of hardware and software speech coding system based on TMS320f2812;in the third chapter the results of the experiment are analyzed; i

10、n the last chapter ,the main conclusions of design are summarized. Keywords: Speech Compress Coding,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

11、模拟的 方式进行。1937年A.H.Reeves提出了脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation) 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

12、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

13、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(Linear Predictive Coding)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

14、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

15、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

16、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.711 64kbps PCM编 码调制 和G.726 16/24/32 kbps ADPCM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