16Kbps码率G.726语音压缩算法的设计与实现

摘要

在无线多媒体传感器网络应用领域，需要对音频数据进行采集和传输。而无线传感器网络由于节点性能和功耗受限，需要音频压缩编码数据尽可能节省带宽和存储空间，即需要低码率压缩实现，同时尽可能提高音质。G.726标准可将64Kbps的PCM信号转化为40Kbps、32Kbps、24Kbps和16Kbps的ADPCM信号。其中16Kbps通道可以充分节省带宽和存储空间，但音质较差，有明显的噪声。因此，针对无线多媒体传感器网络应用需求，本文旨在设计一种改进的ADPCM编码算法，使其在较低的16Kbps码率下，获得较高的音质。
　　在深入分析了近几年ADPCM编码的研究成果和发展趋势后，本文针对16Kbps码率ADPCM编码算法的弊端，设计了HRP-ADPCM算法。此算法在G.726标准的基础上，添加了高码率部分。其中高码率部分采用4 bit的量化精度，可以产生更准确的预测信号用于重建语音;原码率部分采用2 bit的量化电平，用于保证16Kbps码率的输出。通过MATLAB工具对零极点预测算法和HRP-ADPCM算法进行仿真测试，根据二者的性能指标，验证HRP-ADPCM算法可以更好地提高低码率压缩的语音质量。基于此算法，论文进一步设计实现了G.726语音编码IP核。
　　实验数据表明，此IP核的平均分段信噪比大于20 dB，平均MOS评分在4分左右。试听过程较松弛，语音比较清晰，几乎没有失真。此课题给语音压缩编码的设计提供了参考，具有良好的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究的内容和设计指标

1．4 论文结构

第二章 16Kbps码率G．726标准算法概述

2．1 无线多媒体传感器网络概述

2．2 G．726编码概述

2．3 16Kbps码率G．726编码过程

2．3．1 输入PCM格式转换

2．3．2 差分信号计算器

2．3．3 自适应量化器

2．3．4 量化器定标因子自适应

2．3．5 自适应速度控制器

2．3．6 逆自适应量化器

2．3．7 自适应预测器和重建信号计算器

2．3．8 单音和转移检测器

2．4 16Kbps码率G．726编码的应用

2．5 本章小结

第三章 G．726语音压缩算法分析

3．1 语音压缩算法性能评价与度量

3．2 16Kbps码率G．726编码算法设计

3．2．1 传统的ADPCM编码算法

3．2．2 改进的ADPCM编码算法

3．3 16Kbps码率G．726算法验证

3．3．1 基于零极点预测算法的ADPCM编码MATLAB实现

3．3．2 基于HRP-ADPCM算法的ADPCM编码MATLAB实现

3．3．3 两种算法结果对比分析

3．4 本章小结

第四章 基于HRP-ADPCM算法G．726编码IP的设计

4．1 模块介绍和层次框图

4．2 数据接口模块

4．3 HRP-ADPCM编码模块

4．3．1 差分信号计算器

4．3．2 自适应量化器

4．3．3 逆自适应量化器

4．3．4 量化器定标因子自适应

4．3．5 自适应速度控制器

4．3．6 单音和转移检测器

4．3．7 自适应预测器和重建信号计算器

4．3．8 乘法模块设计

4．4 数据通路模块

4．5 存储模块

4．6 控制器模块

4．7 本章小结

第五章 验证及结果分析

5．1 验证方法和平台介绍

5．2 FPGA仿真验证

5．3 芯片测试

5．4 结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文