CS-ACELP编码算法的研究及其DSP实现

摘要

G.729标准的CS-ACELP语音编解码算法是ITU-T(国际电信联盟)于1996年制定、公布的一种较新的语音编解码算法,具备了低延迟、音质好的优点,在8kb／s的码率上获得了相当于32kb／s的ADPCM(差分脉冲编码调制)语音质量,具有广阔的应用前景。
　　 CS-ACELP算法虽然具备了多种优点,但仍有较高的运算复杂度,本文对算法的详细流程进行了分析,在对算法各个模块复杂度评估的基础上,对占用资源较多的开环基音分析、码本搜索部分进行改进。在不影响基音周期延时值的情况下,降低了自相关计算时的计算量,码本搜索过程中采取了局部最优的搜索思路,以微弱的音质损失获得更低的运算量。
　　 本文的主要工作如下:
　　 (1)本文首先对语音编解码算法的研究现状、研究背景、研究意义进行了介绍,分析了语音编解码技术的发展趋势以及面临的问题,对语音编码算法的基础理论以及常用的一些技术处理手段、编码体系的质量评价指标进行阐述。
　　 (2)重点阐述了CS-ACELP编码算法的基本工作原理和工作流程,对线性预测分析和量化、基音分析、自适应码本搜索、固定码本搜索模块作了详细分析,说明了这些环节的高运算复杂度。
　　 (3)针对基音分析过程中涉及到的大量自相关计算,本文采用三电平削波与修正自相关函数结合的方法进行了改进,并将该方法与自相关函数法、中心削波与修正自相关函数结合法进行比较分析,发现在不影响基音延时值的情况下,降低了基音分析过程中的计算量。
　　 (4)在完成基音周期的检测、估计后进行码本的搜索。对复杂度相对较高的自适应码本搜索、固定码本搜索环节,本文采用了局部最优的思想进行了改进。利用自适应码本自身特性,通过改变搜索步长的方法,获得一个局部最优的搜索结果,并将其与一步端点递归法、标准CS-ACELP算法中的方法进行计算量对比,运算量得到了进一步的减少。对固定码本搜索部分利用固定码本的特殊结构,对单个脉冲的所有可能位置进行判决式的计算,并按计算结果从大到小对脉冲位置重新排序,通过对重新排序后的高贡献区域脉冲位置实行局部最佳的搜索办法来减少搜索空间从而减少计算量,在此基础上引入分组搜索的办法,与上述办法形成对比,取二者中最优者作为最终搜索结果,在与标准算法中的集中搜索方法比对后发现运算量得到了改进。仿真结果表明,改进算法以微弱的语音质量损失,实现了复杂度的改善。
　　 (5)在TMS320VC5416 DSP处理器上对CS-ACELP语音编码算法的实现。在DSP专用集成开发环境CCS中,用汇编、C语言编写代码,调试运行,实验结果良好,表明改进算法具备一定的可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 研究现状

1.3 面临的问题

1.4 本文研究内容及结构安排

第二章 语音编码基础理论

2.1 语音发生机理及其数学模型

2.2 语音可压缩的相关依据

2.3 语音编码的关键技术

2.4.语音编码系统性能评价体系

本章小结

第三章 CS-ACELP编解码算法原理解析

3.1 码激励线性预测

3.2 CS-ACELP算法分析

3.2.1 编码端工作原理分析

3.2.2 解码端工作原理分析

本章小结

第四章 CS-ACELP算法复杂度的改进研究

4.1 开环基音分析的研究及改进

4.1.1 自相关函数

4.1.2 修正短时自相关函数

4.1.3 开环基音分析的改进

4.1.4 实验仿真及性能比较

4.2 码本搜索的研究和改进

4.2.1 自适应码本结构及搜索原理

4.2.2 自适应码本搜索改进

4.2.3 自适应码本搜索的复杂度分析

4.2.4 固定码本结构分析

4.2.5 固定码本搜索改进

4.2.6 固定码本搜索的复杂度分析

4.2.7 实验仿真及性能分析

4.3 本章小结

第五章 CS-ACELP算法的DSP实现

5.1 TMS320VC5416硬件平台

5.2 DSP集成开发环境CCS简介

5.3 CS-ACELP算法的DSP实现

5.3.1 DSP软件设计及调试

5.3.2 实验及结果分析

本章小结

第六章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文