电子导游系统中宽带语音编解码器SPEEX优化研究

摘要

随着旅游业服务信息化、网络化、个性化的发展，结合嵌入式系统技术、无线通信技术和信号处理技术的电子导游产品应运而生，并成为了当前旅游业发展技术中的研究热点。通过无线技术传送导游解说词的电子导游系统中，低编码位率、鲁棒性能好、适合于无线网络传输的语音编解码算法显得尤为重要。SPEEX语音编解码器是基于CELP的开源算法，它适合应用于移动嵌入式设备及无线网络传输，满足无线电子导游系统的需求。 在对CELP关键算法原理分析的基础上，本文全面分析了SPEEX的算法原理、特点、编码模式及其架构，接着分析了心理声学模型在SPEEX感知加权滤波器中应用的算法，提出了基于系数插值和LSP插值两种新算法予以降低计算复杂度，并给出了实验结果。实验结果表明，在语音质量基本一致的情况下，LSP系数插值和滤波器系数插值两种算法的平均编码时间与原来相比分别减少18％和53％。 本文针对电子导游系统便携式接收机的硬件平台--Freescale 56800EDSP，对SPEEX解码器进行了无失真优化。首先优化解码栈空间分配、内存分配、代码结构、冗余代码处理；其次结合CodeWarrior编译特点，优化了关键模块的C代码，优化了码流解码算法；最后结合DSP特点，优化并重写了关键模块的汇编代码。优化后的SPEEX解码器已在电子导游接收机上实现。 优化结果表明：优化后SPEEX解码器程序静态存储空间减少了49.5％，数据静态存储空间减少了60.23％：程序运行heap需求减少了95.92％1解码器解码一帧平均指令数和平均所需机器周期数分别减少了60.82％和66.13％；解码器的复杂度由原来的31.64MIPS减少为12.40MIPS，即解码速度提高为原来的2.55倍。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1电子导游技术的现状和关键技术

1.1.1电子导游技术的发展及其现状

1.1.2语音编解码器在电子导游中的关键作用

1.2语音编解码技术简介及其现状

1.2.1语音编解码技术简介

1.2.2码激励线性预测技术的现状

1.2.3 SPEEX语音编解码技术及其现状

1.3 SPEEX在电子导游系统中优化的意义

1.4论文研究内容及章节安排

1.4.1本论文研究工作和目标

1.4.2本论文章节安排

第二章基于CELP的SPEEX算法分析

2.1 CELP算法分析

2.1.1线性预测分析

2.1.2短期预测和长期预测

2.1.3按合成分析-线性预测编码思想

2.1.4码本激励

2.1.5感知加权滤波器

2.1.6 CELP一般结构

2.2 SPEEX算法分析

2.2.1 SPEEX宽带语音编码原理

2.2.2 SPEEX窄带子模式编码

2.2.3 SPEEX宽带子模式编码

2.3本章小结

第三章SPEEX编码模式分析及编码器关键模块优化

3.1 SPEEX编码模式分析

3.1.1 SPEEX编码模式分解

3.1.2 SPEEX编码位分配

3.1.3 SPEEX编码质量模式划分

3.2 SPEEX中感知加权滤波器的优化

3.2.1心理声学模型在SPEEX中的应用

3.2.2心理声学模型噪声掩蔽曲线的计算

3.2.3新感知加权滤波器系数的计算

3.2.4复杂度分析

3.2.5基于插值的算法分析

3.2.6优化算法

3.3优化结果及分析

3.3.1算法复杂度分析

3.3.2算法性能分析

3.3.3语音质量主观实验结果

3.4本章小结

第四章基于Freescale 56800E DSP的SPEEX解码器优化

4.1 SPEEX参考代码分析及解码器构建

4.1.1参考代码结构分析

4.1.2基于电子导游应用的编解码模式测试

4.1.3参考代码分离及解码器构建

4.2解码器参考代码性能分析

4.2.1代码、数据存储空间分析

4.2.2关键模块运行速度测试

4.3代码、数据存储空间优化

4.3.1冗余处理

4.3.2数据空间优化

4.4运行速度优化

4.4.1 CodeWarrior for 56800E编译特点

4.4.2 C代码优化

4.4.3 DSP汇编代码优化

4.5整体优化结果

4.5.1代码、数据存储空间优化结果

4.5.2运行速度优化结果

4.6本章小结

第五章SPEEX在电子导游接收机上的实现

5.1电子导游系统构成

5.2电子导游便携式接收机设计

5.3 SPEEX语音解码器的实现

5.3.1便携式接收机的软件架构

5.3.2 SPEEX语音解码器的工作规则

5.3.3无线传输数据包丢失错误隐藏处理

5.4本章小结

第六章总结与展望

参考文献

硕士在读期间荣誉与科研成果

致谢