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分布式电话调度系统语音编解码方案的研究及DSP实现

作　者: 冯晓荣
导　师: 刘晓明
学　校: 重庆大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 语音压缩编解码 G.729算法 DSP 传输码率合成语音
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 17次
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内容摘要

近年来，随着通信技术的迅速发展，语音压缩编解码技术也取得了突破性进展。由于语音通信对数据带宽的要求越来越高，一系列国际组织的数据压缩标准得到了广泛的应用，部分中低速码率的语音编解码技术已经标准化。在通信系统中，语音编码技术决定了接收语音质量和系统容量，而VOIP电话、多媒体通信、综合业务数字通信和移动通信等多种业务的快速发展进一步提高了语音压缩编解码技术的要求，降低传输码率、提高合成语音质量成为改进语音编码技术的关键。目前，基于G.728、G.729等国际语音压缩标准的语音信号实时处理技术正逐渐成为研究的热点领域，在诸多语音压缩标准中，基于共轭结构代数码激励线性预测编码技术的G.729语音编解码算法，具有8Kbps的编码速率、较低延迟和高质量合成语音，在语音存储和语音传输领域得到了广泛的应用。但是该算法复杂度较高，数据存储容量很大，对硬件设备有很多限制，如何在实际通信中实时实现语音信号的编解码处理具有十分重要的意义。随着DSP技术的发展，低成本、低功耗和高性能的DSP芯片为实时处理数字信号提供了必要条件，同时，在G.729标准的基础上，需要对算法基于DSP芯片的硬件系统进行大量优化工作，实现语音信号压缩编码的实时处理。本项目是基于CAN总线分布式电话调度系统的一部分，主要研究基于DSP的语音压缩编解码系统的实时实现，核心算法是ITU-T组织提出的G.729标准共轭结构码激励线性预测编码算法，核心硬件平台是基于TI公司TMS320VC5502芯片的语音信号处理系统。语音信号经过电话采集，模拟信号通过专用音频A/D转换器生成数字信号，然后在DSP模块进行基于G.729标准的压缩编码处理，将压缩得到的码流通过串口送至接收端，在接收端进行解码处理，还原语音信号。本文阐述了语音压缩编解码算法的基本原理，剖析了G.729标准算法，并对该方案从算法层面、编译器层面、C语言及汇编语言层面给出了实时优化策略。通过代码剖析工具测试结果显示，优化后的算法能够很好的完成G.729算法的实时编解码，合成语音质量的MOS评分满足正常语音通信的基本要求，具有较好的听觉效果。基于CAN总线的分布式电话调度系统可以用于网络音频视频信号传输、视频电话会议等通信领域，而语音压缩模块的实现作为该系统的关键组成部分，也可应用于IP电话、计算机电话集成等诸多语音通信系统中，具有很好的参考和实用价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 课题来源及工程价值  9-10
  1.3 语音编码技术概述  10
  1.4 语音压缩编码国际标准  10-11
  1.5 语音编码器性能标准  11-13
  1.6 本文的主要研究内容  13-15
2 语音信号 CELP 编码基础  15-21
  2.1 CELP 编码原理概述  15
  2.2 语音信号发生器的数学模型  15-17
    2.2.1 激励源模型  15-16
    2.2.2 声道模型  16
    2.2.3 辐射模型  16-17
  2.3 语音信号线性预测分析  17-19
    2.3.1 语音信号模型化  17
    2.3.2 线性预测误差滤波  17-18
    2.3.3 语音信号的矢量量化  18-19
  2.4 感知加权滤波器  19
  2.5 码激励线性预测编码  19-20
  2.6 本章小结  20-21
3 基于 G.72 9 语音编解码算法  21-41
  3.1 引言  21-22
  3.2 CS-ACELP 编码原理概述  22-34
    3.2.1 编码预处理  23
    3.2.2 线性估测分析及量化处理  23-27
    3.2.3 感知加权处理  27-28
    3.2.4 开环基音时延分析  28
    3.2.5 计算冲激响应  28
    3.2.6 计算目标信号  28-29
    3.2.7 自适应码本搜索分析  29-30
    3.2.8 固定码本搜索分析  30-32
    3.2.9 码本增益量化分析  32-34
    3.2.10 存储器更新运算  34
  3.3 解码器算法实现  34-38
    3.3.1 参数解码  35-36
    3.3.2 后处理算法  36-38
  3.4 传输错误补偿  38-39
    3.4.1 合成滤波器处理  38
    3.4.2 自适应码本增益和固定码本增益的衰减  38
    3.4.3 增益预测器的衰减  38-39
  3.5 编码器与解码器初始化  39
  3.6 本章小结  39-41
4 数字信号处理系统的设计与开发  41-45
  4.1 DSP 系统的组成  41
  4.2 DSP 系统开发流程  41-42
  4.3 DSP 芯片选择  42-43
    4.3.1 DSP 系统处理方式  42
    4.3.2 DSP 数字信号处理器的特点  42
    4.3.3 TMS320VC55X 芯片简介  42-43
  4.4 DSP 集成开发环境  43-44
  4.5 本章小结  44-45
5 语音信号压缩编码系统设计  45-57
  5.1 分布式电话调度系统概述  45-46
  5.2 语音压缩编码系统结构  46-49
    5.2.1 TMS320VC5502 数字信号处理器  47-48
    5.2.2 音频模拟接口电路  48
    5.2.3 通信协议  48
    5.2.4 接口设计  48-49
    5.2.5 DSP 与 SDRAM 芯片接口设计  49
  5.3 系统硬件设计注意事项  49-50
    5.3.1 DSP 电源电平处理  49-50
    5.3.2 芯片时钟设置  50
    5.3.3 扩展电路时序设置  50
  5.4 系统初始化  50-55
    5.4.1 初始化端口  50-53
    5.4.2 串口中断处理  53-54
    5.4.3 数据处理程序流程图  54-55
  5.5 本章小结  55-57
6 G.729 语音编解码算法优化  57-65
  6.1 G.729 算法优化概述  57-58
    6.1.1 算法优化分析  57
    6.1.2 软件开发环境  57-58
    6.1.3 G.729 算法优化流程  58
  6.2 G.729 算法优化的具体实现  58-62
    6.2.1 C 语言编译器优化  58-59
    6.2.2 G.729 算法 C 语言代码级优化  59-60
    6.2.3 G.729 算法汇编语言级优化  60-61
    6.2.4 G.729 算法级优化  61-62
  6.3 本章小结  62-65
7 系统测试与分析  65-75
  7.1 信号采集过程调试  65-67
  7.2 G.729 算法优化结果比较  67-71
  7.3 编解码合成语音效果分析  71-74
  7.4 系统仿真测试  74
  7.5 本章小结  74-75
8 总结与展望  75-77
  8.1 本课题主要研究内容和结论  75
  8.2 后续研究工作和展望  75-77
致谢  77-79
参考文献  79-83
附录  83
  A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  83
  B 作者在攻读学位期间参加的科研项目  83

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