集群通信系统中语音压缩编解码的研究与DSP实现

摘要

在数字集群通信系统中，因为频率资源十分有限，所以必需对发送的语音信号进行压缩编码，以达到节约频带的目的。同时为了使用户能在接收端获得良好的解码语音，该压缩编码算法应具有较好话音质量和较短时延的特性。
　　 在众多语音压缩标准中，由ITU-T(国际电信联盟)于1996年制定的G.729语音编解码标准表现得十分抢眼。它采用的是CS-ACELP的编码方案，可以将经过采样的64kbps速率的语音信号以几乎不失真的质量压缩到8kbps速率，同时仅只有10ms的算法延迟，因此是数字集群通信系统中较为理想的语音编解码算法。伴随着近年来数字信号处理算法和器件(DSP芯片)的飞速发展，为语音编码器的实现和应用奠定了坚实基础。
　　 本文在对G.729语音编解码协议进行系统研究的基础上，提出了一个以DSP芯片TMS320C5402为核心处理器的语音编解码系统设计方案。论文中首先介绍了目前较为流行的语音编解码技术，特别是对参量编码的相关技术作了重点介绍；接着针对参量编码中表现较为突出的G729语音编解码标准进行了详细阐述，并将这种编解码标准作为所设计语音系统的核心算法；然后对所设计的系统从软、硬件方面进行了全面的说明，详细地描述了各芯片间的连接方式、驱动程序的设计和DSP主程序的设计，为G.729标准的实现奠定了基础；最后针对所设计的硬件系统，对G.729标准从去除多余的溢出保护、C语言中的宏定义的使用、C语言到汇编语言的改写等方面来实现了程序结构的优化；同时通过对算法理论中耗时较大的固定码本搜索和自适应码本搜索进行了减少循环次数和增大搜索步长等方法进行了优化，大大降低了运算周期，提高了运算效率，最终将该协议成功在系统中实现。通过原始语音波形和重构语音波形的对比，从客观上证明了系统编解码的正确性；同时从主观上也证明了该系统编解码的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景及研究目的

1.2数字语音编码的发展概况

1.3语音编码主要的几个国际标准

1.3.1 G.711 64kbps脉冲编码调制(PCM)

1.3.2 G.721和G.726自适应差分脉码调制(ADPCM)

1.3.3 G.728 16kbps短时延码激励线性预测编码(LD-CELP)

1.3.4 G.729 8kbps共轭结构代数码激励的语音编码(CS-ACELP)

1.3.5 G.723.1 5.3/6.3kbps双速率多媒体语音编码(ACELP/MLQ)

1.4 DSP处理器的发展概况

1.5目前较为主流的DSP生产公司及其产品

1.5.1 TI公司

1.5.2 ADI公司

1.5.3 Motorola公司

1.6本论文的主要内容及安排

第二章G.729语音编码的基本原理

2.1编码器的原理

2.1.1预处理过程

2.1.2线性预测和矢量量化

2.1.3感知加权滤波器与开环基音分析

2.1.4脉冲响应的计算与目标信号的计算

2.1.5自适应码本搜索

2.1.6固定码本的结构和搜索

2.1.7增益量化

2.1.8存储器的修正

2.2解码器的原理

2.2.1参量解码过程

2.2.2后置处理过程

2.3 ITU-T所提供的G.729算法的C语言代码

2.3.1编码器专用子程序

2.3.2解码器专用子程序

2.3.3通用子程序

2.4本章小结

第三章语音系统的硬件设计

3.1系统总体设计框架

3.2主要芯片的介绍及选型原因

3.2.1 DSP芯片TMS320C5402的结构和特性

3.2.2 A/D(D/A)芯片TLV320AIC23的结构和功能

3.2.3外接存储器的特点与功能

3.3硬件电路的具体设计方案

3.3.1 C5402与音频芯片AIC23之间的连接

3.3.2 C5402与外接存储模块之间的连接

3.3.3 C5402时钟电路的设计

3.3.4系统电源模块的设计

3.3.5调试接口JATG的设计

3.4本章小结

第四章语音系统的软件设计

4.1 CCS开发环境及仿真系统简介

4.2 DSP的主程序设计

4.2.1系统初始化程序

4.2.2中断的设置

4.2.3多通道缓冲串口的配置

4.2.4链接文件的编写

4.3 AIC23的驱动程序设计

4.4 CPLD的程序设计

4.4.1编程语言和仿真平台的介绍

4.4.2软件的具体设计方案

4.5 DSP的自举引导

4.6本章小结

第五章G.729语音编码针对DSP系统的优化及仿真

5.1程序的优化

5.2算法的优化

5.3优化结果分析

5.4系统仿真分析

5.5本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

附录