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提出了在TMS320C5416 DSP硬件开发平台上实时实现G.723.1的解决方案。根据G.723.1标准实时实现的要求对程序进行了优化,最终在TMS320C5416 DSP上实时实现了该标准。语音质量良好,达到了通信质量的要求。
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G.723.1语音编码算法的语音编码算法的DSP实现实现
提出了在TMS320C5416 DSP硬件开发平台上实时实现G.723.1的解决方案。根据G.723.1标准实时实现的要求
对程序进行了优化,最终在TMS320C5416 DSP上实时实现了该标准。语音质量良好,达到了通信质量的要
求。
摘摘 要:要: 提出了在
关键词:关键词:
随着通信、计算机网络等技术的飞速发展,日益增加的客户需求量和现有的通信信道容量之间的矛盾愈发突出。如何在有
限的信道资源下,通过压缩信源以提高传输效率已成为当前急需解决的问题之一。为此诞生了许多语音压缩处理方
法,G.723.1语音编码算法便是ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)制定的H.324协议簇首推的标准算法,主要用于低比特率
多媒体业务的话音或其他音频信号分量的压缩。它是一种双速率语音编码标准,其中6.3 kb/s的速率提供了良好的话音质量,
而5.3 kb/s的速率在提供较好通话质量的同时,也为系统设计者提供了更适合的灵活性
[1]
。
1 算法原理算法原理
G.723.1语音编码算法按帧(Frame)对语音数据进行压缩和解压缩,每帧240个采样点,压缩传递的参数包括线性预测系数、
自适应码本的延时和增益、激励脉冲位置、符号及格点比特等。
首先进行高通滤波,去掉直流分量;接着把一帧信号分成4个子帧,每个子帧60个采样点,分别进行10阶线性预测分析
(LPC),得到各子帧的LPC参数,把最后一个子帧的LPC参数转化成线谱对(LSP)参数进行矢量量化编码,送到解码器。利用
未量化的LPC参数构造短时感知加权滤波器,信号滤波后得到感觉加权的语音信号。每2个子帧(120样点)搜索一个开环基音
值,并以此为依据为每一个子帧构造一个谐波噪声成形滤波器,对感知加权的语音信号进行滤波。每一子帧的LPC综合滤波
器、感觉加权滤波器和谐波噪声成形滤波器联起来,构成一个联合滤波器,利用它的冲激响应和开环基音周期,对每一子帧进
行闭环基音搜索,对开环搜索的结果进行修正。同时通过一个五阶基音预测器对信号进行预测,得到相应子帧的残差信号。最
后进行固定码本搜索,也就是对每一子帧的残差信号进行矢量量化,对应两种不同的编码速率采用两种不同的方法:编码速率
为6.3kb/s时,采用多脉冲最大似然量化(MP-MLQ)的方法,具有较高的重建语音质量;编码速率为5.3kb/d时,采用代数码本
激励线性预测(ACELP)方法。
算法的解码也是按帧进行,主要对符合ITU-T G.723.1的码流进行解码,得到相应的参数,根据语音产生的机理,合成语
音信号。读入一帧码流后,分别进行LSP参数、基音周期和激励脉冲信号解码,对LSP参数插值,然后转化成各子帧的线性预
测系数,构成LPC综合滤波器。通过基音周期和激励脉冲得到每一子帧的残差信号,经过基音后滤波,输入到LPC综合滤波
器,产生合成语音信号。经过共振峰后滤波和增益控制,形成高质量的重建语音信号。
2 算法实现算法实现
2.1 硬件设计硬件设计
在选择DSP芯片时,考虑了语音压缩编码算法的复杂度以及运算量,并对DPS芯片本身的运算能力、存储空间大小、性
能价格比、开发软件的完整性等多方面进行综合比较,最终选用TIC54xx系列的定点运算处理器TMS320C5416,开发平台是
TMS320C5416 DSK。
TMS320C5416的单指令周期为6.25 ms,每秒执行的指令数为160M,使用了6级指令流水线结构,这些都很适合G.723.1
语音编码算法的实现。采用一个40 bit ALU、128K×16 bit片内RAM(包括64 kB的片内DARAM和64 KB的片内SARAM)、3个独
立的16 bit数据内存总线、1个程序内存总线、3个McBSP、6信道DMA控制器、1个8/16 bit并行增强主机端口接口及2个16 bit
计时器
[2,3]
。
在DSK的基础上,可以搭建出语音开发硬件系统平台,如图1所示。
输入语音信号由麦克风输入,经过立体声音频多媒体数字信号编码芯片PCM3002 A/D转换后成为数字信号,接着送入
DSP内进行编码压缩处理。处理后的数据经过解压得到重建的语音信号,最后送入PCM3002 D/A转换为模拟信号,通过耳机
或扬声器得以收听到。
2.2 算法实现流程算法实现流程
根据G.723.1算法,设计实现流程如图2所示。
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