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基于CKA5102平台的G.729A语音编解码算法优化与实现

作　者: 裘燕锋
导　师: 马琪
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 语音编解码 G.729A算法 算法优化 32位嵌入式CPU
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
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内容摘要


语音是现代通信系统中最常见的数据交换形式,随着现代语音通信技术的不断发展,通信带宽利用率与通信质量成为两个比较突出又相互矛盾的问题。因此在实际的工程应用中,需要设计具有较低速率、较高质量和较低成本的语音编解码器。为了满足通信系统的需求,ITU-T在1995年提出了基于共轭结构代数码激励线性预测CS-ACELP的G.729语音压缩标准, G.729A保留了G.729的编解码算法结构,对算法的复杂度做了一定程度的精简,其编码码流格式与G.729的编码码流格式完全一致。G.729A在8kbit/s码率下合成语音质量不低于32kbit/s ADPCM水平,算法延时为15ms。本论文就是研究G.729A语音编解码算法在特定嵌入式硬件实现平台上的优化实现。一般对一个数字语音系统,需要“CPU+DSP”的双核单芯片或双芯片来实施整个应用方案。而本论文希望能寻求一款性能较高、并能同时完成语音编解码、网络/通信协议栈和系统主控的国内自主知识产权单CPU核MCU芯片,以有效降低整个应用方案的成本,同时也对国产嵌入式CPU的应用推广作出贡献。因此在G.729A语音编解码算法优化实现的实现平台的选型上,本论文选择了国产32位嵌入式CPU CK510E核和基于CK510E的MCU芯片CKA5102作为硬件实现平台,并设计了基于CKA5102实现平台系统板硬件。论文对G.729A算法标准源代码的组织结构进行了分析,针对CKA5102硬件实现平台,进行了G.729A算法标准源代码在该平台上的移植,重点对G.729A算法标准源代码进行了算法级优化、代码级优化和针对硬件实现平台的优化,并对编码数据的格式作出了调整。其中,算法级优化采用了多级搜索加速和固定码书搜索加速等方法,代码级优化采用了去除不必要的溢出判断、函数直接插入和宏定义等方法,针对硬件实现平台的优化采用了利用DSP扩展指令的汇编优化和算法程序流程优化等方法。论文设计了算法测试方案,对优化实现的G.729A语音编解码算法进行了语音数据验证、语音质量评判和处理性能测试。测试验证的结果表明,经过优化之后的算法在CKA5102硬件实现平台上能够实现实时的G.729A编解码,重构语音效果令人满意。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 引言  11
  1.2 语音压缩编解码技术  11-14
    1.2.1 语音信号压缩的目的及意义  11-12
    1.2.2 语音压缩编码技术研究分类  12-14
  1.3 ITU-T 语音压缩编码标准及性能分析  14
  1.4 论文的选题背景和主要研究内容  14-16
    1.4.1 论文的选题背景与意义  14-15
    1.4.2 主要研究内容  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章 G.729A 语音压缩算法原理分析  17-25
  2.1 ITU-T G.729A 语音压缩算法概述  17-18
  2.2 G.729A 编码算法分析  18-22
    2.2.1 预处理  18-19
    2.2.2 LP 分析和量化  19
    2.2.3 感知加权  19-20
    2.2.4 开环基音分析  20-21
    2.2.5 脉冲响应的计算  21
    2.2.6 目标信号的计算  21
    2.2.7 自适应码书搜索  21
    2.2.8 固定码本搜索  21-22
    2.2.9 增益量化和存储器修正  22
  2.3 G.729A 解码算法分析  22-24
    2.3.1 参量解码  23
    2.3.2 后处理  23-24
    2.3.3 帧擦除隐藏  24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 G.729A 语音编解码算法实现平台的选型与设计  25-37
  3.1 实现平台的选型  25
  3.2 嵌入式CPU 核CK510E 和基于CK510E 的MCU 芯片CKA5102  25-29
    3.2.1 32 位嵌入式CPU 核CK510E  26-28
    3.2.2 CKA5102 的主要外围接口  28-29
  3.3 CK 集成软件开发环境CDS  29-31
  3.4 实现平台系统板的设计  31-36
    3.4.1 系统板结构  31
    3.4.2 主要电路模块设计  31-35
    3.4.3 系统板的数据处理流程与设计实现  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章 G.729A 语音编解码算法的优化实现  37-54
  4.1 ITU-T G.729A 算法标准源代码的分析  37-40
    4.1.1 编码程序  37-38
    4.1.2 解码程序  38-40
  4.2 G.729A 算法标准源代码在CKA5102 硬件实现平台上的移植  40-41
  4.3 G.729A 算法的算法级优化  41-44
    4.3.1 多级搜索的加速  41-43
    4.3.2 固定码书搜索优化  43-44
  4.4 G.729A 算法的代码级优化  44-46
    4.4.1 去除不必要的溢出判断  44-45
    4.4.2 采用函数直接插入和宏定义  45-46
  4.5 G.729A 算法针对CKA5102 硬件实现平台的优化  46-50
    4.5.1 利用CK510E DSP 扩展指令的汇编优化  46-49
    4.5.2 算法程序流程的优化  49-50
  4.6 G.729A 算法中编码码流的去串行化  50-53
  4.7 本章小结  53-54
第五章 算法优化实现的测试验证  54-63
  5.1 测试方案  54-56
  5.2 语音数据测试  56-60
    5.2.1 语音编码的数据正确性验证  56-60
    5.2.2 语音解码的数据正确性验证  60
  5.3 语音质量评判  60-62
    5.3.1 算法级和代码级优化后的语音质量评判  60-61
    5.3.2 算法整体优化后的语音质量评判  61-62
  5.4 处理性能测试  62
  5.5 本章小结  62-63
第六章 总结和展望  63-65
  6.1 论文工作总结  63
  6.2 下一步工作展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录  69-70
详细摘要  70-74

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 语音信号处理
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