工业电子中的低码率语音编码MELP的SOPC实现
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2020-11-04
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工业电子中的低码率语音编码工业电子中的低码率语音编码MELP的的SOPC实现实现
摘 要： 讨论了低码率语音编码MELP的编解码过程，有效降低了语音编码码率并能使说话者个人语音特征减
弱，特别适合需要弱化说话者语音特点的场合。给出了其FPGA的硬件实现框图，据此可进行具体的硬件设计。
同时给出了MELP编解码框图，可用于进一步的软件编制。 语音编码技术在当今数字通信尤其在无线系统
中发挥着越来越重要的作用。利用语音编码技术可有效降低信息存储量、提高信道利用率。混合激励线性预测
(MELP)语音编码算法能在较低码率下提供较高的语音质量、自然度和清晰度，已成为美国国防部新的2.4 Kb/s
的语音编码标准。 Nios II处理器是Intel公司为Altera公司推出的32位
摘 要： 讨论了低码率语音编码MELP的编解码过程，有效降低了语音编码码率并能使说话者个人语音特征减弱，特别适合
需要弱化说话者语音特点的场合。给出了其FPGA的硬件实现框图，据此可进行具体的硬件设计。同时给出了MELP编解码框
图，可用于进一步的软件编制。
语音编码技术在当今数字通信尤其在无线系统中发挥着越来越重要的作用。利用语音编码技术可有效降低信息存储量、提
高信道利用率。混合激励线性预测(MELP)语音编码算法能在较低码率下提供较高的语音质量、自然度和清晰度，已成为美国
国防部新的2.4 Kb/s的语音编码标准。
Nios II处理器是Intel公司为Altera公司推出的32位精简指令处理器软核。在Altera公司推出的软件SOPC中加载Nios II软核
和相应的外围接口以及与定义相应的自定义指令，对设计进行综合，下载到FPGA中就可以方便地实现一个具有高速DSP功能
的嵌入式处理器。
由硬件实现复杂的算法通常比软件实现更高效。利用Altera公司的Nios II嵌入式处理器的定制指令，可以把用户自定义的
功能直接添加到Nios II CPU的算术逻辑单元(ALU)中，以加快专项任务的执行速度。自定义指令的优势就在于可以将程序代码
中的瓶颈部分改用硬件指令支持，用自定义的指令使程序得到加速。
1 MELP的构成的构成
MELP声码器的采样率为8 kHz，每个样点值用16 bit量化，每180个样点为1帧，帧长22.5 ms，每帧量化bit数为54 bit，
总的速率为2.4 Kb/s。
MELP声码器是建立在传统的二元激励LPC模型基础上，采用了混合激励、非周期脉冲、自适应谱增强、脉冲整形滤波和
傅氏级数幅度值等5项新技术，使得合成语音能更好地拟合自然语音。图1所示为MELP编解码原理框图。
图1 MELP编解码原理框图
2 Nios II可嵌入软核的特点可嵌入软核的特点
Nios嵌入式处理器是用户可配置的通用RISC嵌入式处理器，是一个非常灵活、强大的处理器，因此已成为世界上最流行
的嵌入式处理器；采用改进的哈佛存储器结构，CPU带有分离的数据和程序存储器总线控制。SOPC Builder系统开发工具允
许用户容易地指定系统中Avalon控制器和从属设备之间的连接，这些从属设备可以是存储器或外围设备。
Nios指令总线为16位，用于从存储器中读取指令。Nios数据总线宽度为16位或32位，分别用于Nios CPU的16位或32位配
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