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基于VoIP和异构计算的SPEEX研究与实现

作　者: 李洪艳
导　师: 朱清新
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: SPEEX GPGPU 语音编解码 VoIP OpenCL
分类号: TN916.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 44次
引　用: 1次
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内容摘要

随着移动通信技术和语音技术的快速发展,VoIP逐渐成为数据语音通讯中最有竞争力的技术之一,与此同时我们也对语音编解码技术提出了更高要求,即需要根据网络状况等影响因素的变化动态地改变编码速率,以提供不同质量的语音,使得语音通话质量达到最优。SPEEX语音编解码器的诸多优点(开源/免费,多种可用比特、可选复杂度等),正符合我们对语音编码器提出的各种要求,对其算法原理与应用实现进行研究具有非常重要的现实意义。本论文以SPEEX算法的开源代码为基础,针对计算量大的模块进行了GPGPU优化;并在VoIP终端设备上实现了SPEEX编解码器,达到了实时语音通话的效果。具体地讲,本文主要的工作有以下几个方面:(1)本文对码激励线性预测CELP的算法原理及其关键技术进行了分析,并在此基础上全面分析了SPEEX的算法特点及编码模式。(2)分析了OpenCL架构和OpenCL通用计算的流程,包括其运行的平台、执行模式、内存模型和编码模式;针对Speex算法中各个过程计算量的分布特点,对代码中耗时比较多的模块使用OpenCL通用编程方案进行了基于GPGPU的优化实现,包括基音搜索、码本搜索和回音消除的FFT部分;并给出了相对应的实验数据。(3)介绍了VoIP进行语音通信技术的基本过程和关键技术;详细分析了VoIP系统构成,服务器和客户端的功能,及VoIP对等实体间进行交互的方式;并对语音呼叫过程中的SIP信令控制流程进行了分析。实现了一个VoIP客户端系统软件,达到了实时语音通信要求,并详细介绍了语音编解码器的具体实现。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 VoIP 发展现状和关键技术  10-15
    1.2.1 VoIP 发展与现状  10-11
    1.2.2 VoIP 关键技术介绍  11-13
    1.2.3 语音编解码技术  13-15
  1.3 GPU 应用于编解码的优势  15-17
    1.3.1 GPU 与语音编解码  15-17
  1.4 本文研究的主要内容  17
  1.5 本文组织  17-19
第二章基于CELP 的SPEEX 算法原理分析  19-41
  2.1 SPEEX 编解码器简介  19-21
    2.1.1 SPEEX 语音编解码算法相关概念  19-21
  2.2 预处理  21-22
  2.3 CELP 算法基本原理  22-31
    2.3.1 语音信号生成模型  22-23
    2.3.2 线性预测(LPC)基本原理  23-28
    2.3.3 基音预测  28
    2.3.4 自适应码本  28-29
    2.3.5 噪音加重  29-30
    2.3.6 合成分析  30-31
  2.4 SPEEX 编码模式分析  31-38
    2.4.1 SPEEX 窄带模式  32-36
    2.4.2 SPEEX 宽带模式  36-38
  2.5 SPEEX 语音编解码速率控制方式  38-40
    2.5.1 SPEEX 速率调控方式  38-40
  2.6 本章小结  40-41
第三章基于异构计算的语音编解码优化  41-69
  3.1 GPU 通用计算  41-48
    3.1.1 可编程图形管线  41-42
    3.1.2 GPU 向通用编程的发展  42-44
    3.1.3 现代GPU 与CPU 的发展状况  44-46
    3.1.4 移动GPGPU 编程  46-48
  3.2 OPENCL 架构  48-54
    3.2.1 平台模型  48-49
    3.2.2 执行模型  49-51
    3.2.3 内存模型  51-52
    3.2.4 编程模型  52-53
    3.2.5 OPENCL 通用计算  53-54
  3.3 基于GPGPU 的SPEEX 编解码模块优化  54-64
    3.3.1 OpenCL 性能优化的基本策略  55-56
    3.3.2 基音搜索过程优化  56-57
    3.3.3 码本搜索模块优化  57-61
    3.3.4 回音消除中FFT 算法的优化  61-64
  3.4 实验数据与分析  64-68
    3.4.1 基音搜索的互相关计算  64-65
    3.4.2 码本搜索模块  65-67
    3.4.3 FFT 实验数据  67-68
  3.5 本章小结  68-69
第四章语音编解码在VOIP 系统中的实现  69-81
  4.1 VoIP 语音通信系统的构成  69-72
    4.1.1 系统结构  69-70
    4.1.2 服务器端  70-71
    4.1.3 客户端设计  71
    4.1.4 工作过程  71-72
  4.2 语音编解码器的实现  72-79
    4.2.1 软件架构设计  72-73
    4.2.2 语音编解码工作流程  73-75
    4.2.3 语音通信协议  75-79
  4.3 界面设计与运行实例  79-80
  4.4 本章小结  80-81
第五章总结与展望  81-83
  5.1 本文的主要工作  81
  5.2 有待继续研究的问题  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-88
作者简介  88-89

基于VoIP和异构计算的SPEEX研究与实现

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