低比特率語(yǔ)音信號(hào)編碼技術(shù)研究.pdf

1、語(yǔ)音是人們?nèi)粘＝涣鞯闹匾侄?，同時(shí)也是最主要的信息載體之一。無(wú)論從語(yǔ)音存儲(chǔ)還是傳輸?shù)慕嵌瓤矗Z(yǔ)音編碼壓縮都具有重要意義。由于新一代數(shù)字多媒體通信技術(shù)的發(fā)展和多樣化的商業(yè)應(yīng)用需求，開(kāi)發(fā)高質(zhì)量、低速率、低時(shí)延的語(yǔ)音編碼器成為了當(dāng)前研究的又一熱點(diǎn)。編碼技術(shù)被廣泛的運(yùn)用到語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化傳輸中來(lái)，這也是通信發(fā)展的主要方向之一。語(yǔ)音的數(shù)字通信與模擬通信相比，無(wú)疑具有更好的效率和性能，這就體現(xiàn)在：具有更好的話語(yǔ)質(zhì)量；具有更強(qiáng)的抗干擾性，同時(shí)易于加密

2、；最主要的是可以節(jié)省帶寬，能夠更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。最簡(jiǎn)單的數(shù)字化的方法是直接進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，只要滿足一定的采樣率和量化的要求，就能得到高質(zhì)量的語(yǔ)音。但是這時(shí)語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)據(jù)量非常大，因此在進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)之前，往往要對(duì)其進(jìn)行壓縮處理，以減少傳輸碼率或存儲(chǔ)量，即進(jìn)行壓縮編碼。在語(yǔ)音編碼理論中，使被編成數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)，所組成的結(jié)構(gòu)化信息量最小化，這是語(yǔ)音編碼技術(shù)所追求的目標(biāo)。 為了進(jìn)一步的降低編碼速率、減少算法時(shí)延和提高語(yǔ)

3、音質(zhì)量，我們以MBE(Multi-Band Excitation)算法為核心，從語(yǔ)音分析、參數(shù)編/解碼和語(yǔ)音合成三方面對(duì)算法做了細(xì)致的研究和大量的試驗(yàn)，用MATLAB仿真得到了1.8kb/s的MBE-LPC語(yǔ)音編碼算法。在此基礎(chǔ)上，又以DSK為硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，從實(shí)際應(yīng)用的角度，用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了算法。 經(jīng)過(guò)語(yǔ)音分析，得到了四種待傳輸?shù)膮?shù)：基音周期、清濁音判決信息、能量系數(shù)和LPC系數(shù)。如果能夠合理地對(duì)參數(shù)進(jìn)行編碼，就可以在該模型下得

4、到最低的傳輸速率。因?yàn)槊繋盘?hào)為25毫秒，故該方案的比特率是1.8kb/s。 對(duì)參數(shù)進(jìn)行解碼后，就可以進(jìn)行語(yǔ)音合成。語(yǔ)音合成分為兩部分：清音段的合成與濁音段的合成。在實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)算法的軟件設(shè)計(jì)中，先對(duì)算法進(jìn)行了高級(jí)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)。其目的在于：(1)可以為最終的DSP程序提供基本的程序框架；(2)用定點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)算法，必然會(huì)有精度的損失，高級(jí)語(yǔ)言的仿真可以為DSP程序提供對(duì)照，便于以后對(duì)算法性能進(jìn)行測(cè)試。在本課題中，采用了C語(yǔ)言進(jìn)行這一步

5、的仿真。編程中，在保持原算法描述的基礎(chǔ)上，盡量提高算法精度，簡(jiǎn)化算法復(fù)雜度。 當(dāng)C程序在DSK板上運(yùn)行時(shí)，對(duì)每一幀的處理時(shí)間為7.5816s，顯然計(jì)算時(shí)延過(guò)長(zhǎng)，不能滿足實(shí)時(shí)處理的需要。因此，對(duì)涉及信號(hào)處理的函數(shù)采用全匯編手工優(yōu)化代碼，以充分利用DSP芯片所提供的各種資源、增加代碼執(zhí)行的并行性，在保證算法精度的基礎(chǔ)上，最大程度的減小計(jì)算時(shí)延。采用匯編語(yǔ)言優(yōu)化后，每幀信號(hào)的處理時(shí)間平均只需要18毫秒，完全可以滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求，并且