AMR-WB算法的研究及DSP的实现

论文摘要

随着现代通信对于语音业务质量的要求越来越高,3GPP提出了自适应多速率宽带（AMR-WB）语音编解码器。紧接着ITU-T又将AMR-WB选定为其16kbit/s速率上的宽带语音编码标准,并命名为G722.2。窄带语音信号的音频带宽限制在200Hz-3400Hz,采样频率为8kHz,而宽带语音带宽扩展为50Hz-7kHz,采样频率为16kHz,扩展的带宽和增加的采样频率提高了语音可懂度、自然度和传输质量。AMR-WB具有重建语音质量高,平均编码速率低以及自适应好等优点,是通信史上第一种可以同时用于无线与有线业务的语音编码系统,该算法可以应用在电话会议、多媒体通信及高清电视等领域,所以将该算法在DSP上实现有着广阔的应用前景。本文首先对AMR-WB算法进行了系统的分析,重点研究了编码器的线性预测和量化、自适应码书搜索、固定码书搜索和高频带处理等几个模块以及解码器的解码原理,包括参数的解码和语音合成、高通滤波、上采样和插值以及解码端高频带的处理；然后在VC++6.0环境下仿真实现了该算法,采用TIMIT标准英文语音数据库中的标准语音文件进行编解码实验,对编解码后的语音进行了波形对比,主观听觉测试和客观w-PESQ测试。然后重点研究了AMR-WB算法在DSP TMS320VC5509A系统上的实现过程。主要工作包括以下几点：（1）通过对DSP TMS320VC5509A硬件资源深入的学习和研究,构建了实现AMR-WB算法的硬件平台,具体工作包括语音接口芯片、12C总线、多通道缓冲串口（McBSP）和直接存储器访问（DMA）控制器以及外部存储器接口（EMIF）初始化程序的编写,控制寄存器的配置,接口程序的编写等；（2）完成了系统的软件设计,具体包括编写系统初始化程序,设计语音的编解码模块、接收和发送语音帧的两个中断程序所控制的语音接口模块,以达到在DSP系统上实现该算法的目的；（3）将AMR-WB算法移植到了DSP上,具体包括修改GEL文件编写.map文件,分配VC5509A的存储器,重新定义数据格式,解决C5509A与PC机的兼容性问题等；（4）重点对该算法进行了优化,优化分为三个过程：基于优化器的优化,基本算子的优化,重点函数的优化。其中优化器的优化是针对该算法程序的特点选择合适的优化选项所进行的初级优化；基本算子的优化主要针对如加减乘除、移位、舍入、饱和溢出、乘加乘减等操作；重点函数的优化主要对象是通过CCS中的Profile工具分析得到的编解码程序中消耗指令周期数较多又频繁调用的函数；（5）对编解码效果进行了测试和评价。用3GPP提供的标准测试输入音频文件编解码得到输出音频文件,将其与标准测试输出音频文件进行比对和验证。并且还进行了主观试听测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 语音编码概述
• 1.1.1 语音编码的分类和方法
• 1.1.2 宽带语音编码
• 1.1.3 变速率语音编码
• 1.2 DSP技术及其在数字信号处理中的应用
• 1.3 本文的主要内容和章节安排
• 第二章 AMR-WB编解码算法原理分析及仿真实现
• 2.1 概述
• 2.2 编码器原理
• 2.3 解码器原理
• 2.4 VC平台仿真实现
• 2.5 本章小结
• 第三章 DSP硬件平台的搭建和系统软件设计
• 3.1 硬件平台的简介
• 3.2 硬件平台的设计
• 3.2.1 语音接口芯片
• 3.2.2 I2C总线
• 3.2.3 多通道缓冲串口（McBSP）
• 3.2.4 直接存储器访问（DMA）控制器
• 3.2.5 外部存储器接口（EMIF）
• 3.2.6 硬件框架的设计
• 3.3 系统的软件设计
• 3.3.1 软件开发环境
• 3.3.2 软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 AMR-WB算法的移植和优化
• 4.1 AMR-WB算法的移植
• 4.1.1 存储器的分配
• 4.1.2 C5509A和PC机的兼容性
• 4.2 AMR-WB算法的优化
• 4.2.1 基于优化器的优化
• 4.2.2 基本算子优化
• 4.2.3 重点函数优化
• 4.2.4 算法优化效果测试和性能评价
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 攻读学位期间参与的项目