若干语音、音频信号处理算法研究及实现

摘要

语音通信是最基本、最重要的通信方式之一,语音压缩编码则是语音通信中十分重要且关键的技术。话带语音压缩编码领域的研究已有几十年的历史。一些国家和国际标准化组织相继制定了语音压缩编码的标准,直接推动了语音压缩编码的发展。在市场需求的牵动下,高保真音频压缩编码技术发展也很快。随着数字时代的到来,多通道音频压缩编码技术以及虚拟声技术有了很大的发展并得到广泛的应用。
　　本论文的主要内容包括以下三个方面:G.728语音压缩编解码算法及其定点化实现;多通道音频压缩编解码算法及定点化:AC-3的5.1通路虚拟环绕声系统实现。
　　本论文对G.728语音压缩编解码标准的LD-CELP算法进行了研究,并出于对算法实用化的考虑,在其编码和解码算法浮点代码的基础上进行定点化的工作,以及在定点DSP处理器Blackfin ADSP-BF533上得以实现。同时给出了也适用于其它浮点算法定点化的定点化过程和方法。定点化算法的输出结果经过主观听觉测试,与浮点算法的输出结果具有几乎等同的语音重建质量,且有良好的自然度。
　　本论文对以MPEG AAC、Dolby AC-3、DTS为代表的多通道音频压缩编解码技术进行了研究。由于基于定点DSP的音频实时解码器非常具有实际意义,所以对AC-3、DTS的解码浮点程序进行了定点化,并在前面己积累的定点化方法的基础上,根据音频解码的特点总结了一些定点化的具体方法和经验。定点化的结果与原浮点算法的音频输出结果差异很小,且经过测听,二者的音频质量相当。
　　本论文研究将5.1通路虚拟环绕声处理技术与Dolby AC-3的解码相结合,实现了AC-3的5.1通路环绕声的虚拟重放系统。在AC-3的解码端对5.1通路信号进行虚拟声信号处理时,采用子带域滤波方式,使滤波处理在MDCT变换域进行。本文根据子带域滤波原理,提出了基于AC-3的MDCT分析/合成滤波器组的子带域滤波实现方法,该方法及本系统的实现方式与一般的时域滤波方式相比较,计算复杂度显著降低,有利于虚拟环绕声的实时处理。实验结果表明,该系统的子带域滤波与时域滤波方式的输出结果经扬声器重放,具有等同的3D环绕声效果。本论文提出的这种方法对于其它采用变换编码或者子带编码方式的多通道音频编码系统,如MPEG AAC、DTS等,同样具有借鉴价值和推广意义。

目录

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 语音压缩编码技术简述

1.2 多通道音频压缩编码技术简介

1.3 虚拟环绕声系统概况

1.4 论文的主要工作和创新点

1.5 论文的内容安排

第二章 G.728语音编解码算法及其定点化实现

2.1 G.728标准介绍

2.2 LD-CELP算法概述

2.3 LD-CELP算法的定点化

2.3.1 DSP定点化开发流程

2.3.2 浮点数的定点化

2.3.3 基本的定点运算

2.3.4 LD-CELP定点算法中的改进

2.3.5 定点化方案及实施

2.3.6 定点化结果

2.4 LD-CELP定点算法的DSP实现

2.4.1 Blackfin ADSP-BF533 DSP简介

2.4.2 DSP实现结果

2.5 本章小结

第三章 多通道音频编解码算法及定点化

3.1 心理声学模型

3.2 MPEG-2 AAC算法原理

3.2.1 AAC算法简介

3.2.2 主要模块的算法分析

3.3 Dolby AC-3算法原理

3.3.1 AC-3算法简介

3.3.2 AC-3解码过程

3.4 DTS算法原理简介

3.5 AC-3、DTS解码程序的定点化

3.5.1 定点化实施

3.5.2 定点化结果

3.6 本章小结

第四章 AC-3的5.1通路虚拟环绕声系统

4.1 引言

4.2 5.1通路环绕声的虚拟重放系统原理

4.2.1 空间听觉传输原理与 HRTF函数

4.2.2 5.1通路虚拟重放系统原理

4.3 AC-3的子带域滤波

4.3.1 子带域滤波原理

4.3.2 AC-3的子带域滤波实现方法

4.4 实验过程及结果

4.4.1 实验过程

4.4.2 实验结果

4.4.3 本系统的特点和创新之处

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研工作

致谢