自适应低速率语音编解码研究与实现

论文摘要

语音通信目前仍是移动通信网所承载的主要业务,数字化后的语音占用的带宽比较宽,而移动通信网受网络容量限制,对分配给每个用户的信道带宽有所限制,因此,必须对数字化后的语音进行压缩编码后才能传输。数字化后的语音,相邻样点之间具有很强的相关性,因此对于实现语音压缩编码具有可行性。语音压缩编码方式可以分为基于参数的压缩编码方式和基于波形的压缩编码方式。基于参数的编码方式具有编码速率低、合成质量好、优良的抗噪声性能等优点,成为当前大部分语音压缩编码标准广泛采用的编码方式。随着移动通信用户的增加,必须对通信网络容量和用户需求做合理的折中处理,因此可变速率的语音压缩编码成为移动通信网承载的语音通信广泛采用的编码方式。自适应多速率语音编码（AMR:Adaptive Multi-Rate）是ITU提出的用于第三代移动通信网的语音编码标准,基于CELP编码方式,可提供高质量的重建语音。它可根据信源和信道的变化灵活调整语音编码模式、编码速率,使信道的利用效率和移动通信网络容量实现最优,代表了语音压缩编码技术的一个发展方向。实现自适应多速率语音编码的关键技术包括话音激活检测技术（VAD）、信源与信道的速率自适应控制技术（RDA）、差错隐藏技术（ECU）以及舒适噪声生成技术（CAN）等。本文第一章首先介绍了语音编码的相关基础知识和国内外发展现状,第二章介绍了语音编码器的基础知识和基于参数编码方式的线性预测压缩编码技术,并给出了一种改进的端点检测算法。从第三章开始,系统地介绍了自适应多速率语音编码（AMR:Adaptive Multi-Rate）的组成、语音编解码器算法、AMR的关键技术等,并对AMR编码器算法中的背景噪声预测部分进行了改进。第四张至第六章分别介绍了在TMS320VC5402 DSP芯片上实现AMR算法的相关软硬件设计,并给出硬件实验结果和软件实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 语音压缩编码的意义
• 1.2 国内外语音编码技术研究现状及趋势
• 1.3 语音编码分类
• 1.4 语音编码器的性能指标及质量评定标准
• 1.5 变速率语音编码
• 1.5.1 变速率语音概述和发展现状
• 1.5.2 变速率语音编码的速率控制方式
• 1.6 本论文的内容和完成的工作
• 2 语音压缩编码基础知识
• 2.1 语音信号产生的机理与过程
• 2.2 语音信号产生的数字模型
• 2.3 语音信号分析常用短时参数
• 2.3.1 语音信号预处理
• 2.3.2 短时平均能量
• 2.3.3 短时自相关函数
• 2.4 语音信号端点检测
• 2.4.1 端点检测方法介绍
• 2.4.2 基于LPC倒谱距离判决的端点检测方法
• 2.4.3 仿真结果
• 2.5 语音信号线性预测分析（LPC）
• 2.5.1 功率谱估计
• 2.5.2 语音信号线性预测分析基本原理
• 2.5.3 线性预测方程组的解法
• 2.5.4 Levinson-Durbin递推法
• 2.5.5 线谱对分析法
• 2.6 几种典型的低速率语音编码方式
• 2.6.1 线性预测编码（LPC）
• 2.6.2 多脉冲激励线性预测（MPE-LPC）
• 2.6.3 子带编码（SBC）
• 2.6.4 正弦变化编码（STC）
• 2.7 IUT G.729建议
• 2.7.1 CS-ACELP的基本原理
• 2.7.2 感觉加权滤波器
• 2.7.3 编码器
• 2.7.4 解码器
• 2.8 本章小结
• 3 自适应多速率语音编码（AMR）
• 3.1 AMR声码器基本简介
• 3.2 AMR声码器组成
• 3.3 CELP码本搜索算法
• 3.4 编码器算法
• 3.4.1 预处理
• 3.4.2 LSP参数插值
• 3.4.3 基音搜索
• 3.4.4 自适应码本搜索
• 3.4.5 固定码本搜索
• 3.5 解码器算法
• 3.6 AMR关键技术
• 3.6.1 话音激活检测技术（VAD）
• 3.6.2 速率判决技术（RAD）
• 3.6.3 差错隐藏机制（ECU）
• 3.7 本章小结
• 4 DSP芯片介绍
• 4.1 DSP芯片基础知识介绍
• 4.1.1 DSP芯片基础知识
• 4.1.2 DSP芯片发展历史和现状
• 4.2 DSP芯片主要特点
• 4.2.1 哈佛结构
• 4.2.2 流水线操作
• 4.2.3 多总线结构
• 4.2.4 特殊寄存器单元和指令
• 4.2.5 外设接口
• 4.3 DSP芯片发展趋势
• 4.4 TI C54X平台的DSP结构
• 4.5 TI CCS集成开发环境
• 4.6 本章小结
• 5 系统硬件设计
• 5.1 硬件结构
• 5.2 TMS320VC5402介绍
• 5.2.1 TMS320VC5402特点
• 5.2.2 TMS320VC5402的存储器空间分配
• 5.3 音频编解码单元
• 5.3.1 TLV320AIC23B介绍
• 5.3.2 TLV320AIC23B数字输入/输出接口
• 5.4 BOOT方式设计
• 5.4.1 Bootload程序
• 5.4.2 TMS320VC5402 Bootloader
• 5.5 电源设计
• 5.6 接地设计
• 5.7 PCB布局、布线安排
• 5.8 硬件调试
• 5.9 本章小结
• 6 编码器软件设计
• 6.1 编码器软件总体设计
• 6.2 CMD文件编写
• 6.3 C语言开发简介
• 6.4 C语言与汇编语言混合编程
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果
• 致谢