G729B编解码与回声消除在VoIP网关中的应用

论文摘要

随着IP（Internet Protocol）技术的不断发展,能够降低通信成本的VoIP（Voice over Internet Protocol）技术得到了广泛的应用。VoIP的一个关键问题是如何在有限的带宽上实时地传输高质量的语音。本文就此问题研究了VoIP电话中的两个核心技术:语音编解码和回声消除。ITU-T G.729语音压缩编解码标准是目前应用最广泛的VoIP语音数字信号处理标准之一。G.729B标准在G.729的基础上增加了静音检测技术（Voice Active Detection,简称VAD）。本文首先阐述了G.729B的算法结构,重点分析了CS-ACELP（Conjugate Structure-Algebraic Code Excited Linear Prediction）算法中的线性预测分析、线性预测系数与线谱对系数的转换、基本延迟分析、自适应码本和固定码本的搜索、VAD技术等。其次,设计了基于双端通话检测的自适应回声消除系统,该系统根据双端通话的状态来控制NLMS自适应滤波器系数的调整。通过对输入信号X N（ n ）进行区域划分,同时结合G.729B编码器的静音检测结果,提出了一种改进的Geigel算法,使得Geigel算法的检测结果更加稳定。最后,开发出了大容量的语音处理板。该板以TMS320C64X DSP为主要器件来实现G.729B编解码与回声消除。硬件方面主要包括DSP小阵列系统的电源、时钟、外扩SDRAM、EMIFB、McBSP和HPI口的设计。软件方面,分别从C语言级、文件级、汇编级实现回声消除与G.729B代码的编写与优化。实验结果表明,优化后的G.729B程序在内存占用和运算复杂度方面都达到了预期目标,语音信号解码之后失真很小;改进的Geigel检测技术使得回声消除器对电话语音回声消除效果更加明显,有效地提高了语音的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 语音编解码的发展概况
• 1.2.2 回声消除的研究概况
• 1.3 课题的主要研究任务
• 1.4 本文内容安排
• 第二章 G.729B 语音编解码器各模块分析及算法实现
• 2.1 G.729B 协议概述
• 2.2 G.729 编码器原理
• 2.2.1 预处理
• 2.2.2 线性预测分析和量化
• 2.2.3 感知加权
• 2.2.4 开环基音分析
• 2.2.5 脉冲响应的计算
• 2.2.6 目标信号的计算
• 2.2.7 自适应码本搜索
• 2.2.8 固定码本的结构与搜索
• 2.2.9 增益量化
• 2.2.10 存储器更新
• 2.3 G.729 解码器原理
• 2.3.1 参数解码
• 2.3.2 后处理
• 2.3.3 坏帧的补偿
• 2.4 G.729B的静音压缩原理
• 2.4.1 VAD 算法描述
• 2.4.2 不连续传送（DTX）与SID 帧编码
• 2.4.2.1 DTX 算法
• 2.4.2.2 SID 帧编码
• 2.4.3 无声编码器/解码器（CNG）的描述
• 2.4.4 关于CNG 的帧丢失
• 2.5 本章小结
• 第三章 回声消除在VOIP 网关中的实现
• 3.1 回声产生的原因及分类
• 3.1.1 电学回声
• 3.1.2 声学回声
• 3.2 回声消除算法
• 3.2.1 ITU-T 关于EC 的建议
• 3.2.2 自适应回声消除原理
• 3.2.3 自适应算法的选取
• 3.2.4 双端检测算法的选取及改进
• 3.3 本章小结
• 第四章 语音处理板的硬件实现
• 4.1 VOIP 网关的整体设计
• 4.2 硬件结构布局
• 4.3 关键器件说明
• 4.3.1 MPC8270
• 4.3.2 TMS320C6414DSP
• 4.3.3 MT90823
• 4.3.4 LAN91C113I
• 4.3.5 BCM5328M
• 4.4 DSP 小系统阵列设计
• 4.4.1 电源设计
• 4.4.2 时钟设计
• 4.4.3 引导及上电配置设计
• 4.4.4 外扩SDRAM 设计
• 4.4.5 EMIFB 设计
• 4.4.6 McBSP 设计
• 4.4.7 HPI 接口设计
• 4.4.8 DSP 的硬件握手设计
• 4.4.9 DSP 的中断/GPIO 设计
• 4.5 DSP 接口设计
• 4.5.1 HPI 编程
• 4.5.2 HPI 口BOOT 的引导
• 4.5.3 McBSP 编程
• 4.5.4 EDMA 编程
• 4.6 本章小结
• 第五章 语音处理板的DSP 软件实现
• 5.1 TMS320C64XDSP 软件开发方法
• 5.1.1 TMS320C64XDSP 的特点
• 5.1.2 DSP 软件开发环境CCS
• 5.1.3 DSP 的软件开发流程
• 5.2 G.729B代码移植与优化
• 5.2.1 标准程序的移植、验证和分析
• 5.2.2 代码优化
• 5.3 回声消除的软件流程
• 5.4 算法测试及实验结果
• 5.4.1 编码后数据验证
• 5.4.2 解码后数据验证
• 5.4.3 回声消除器性能测评
• 5.4.4 DSP 性能测评:
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录