嵌入式开发-基于smv算法的嵌入式系统设计与实现

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1、基于SMV算法的嵌入式系统设计与实现苗勇江洁(北京航空航天大学，仪器科学与光电工程学院，北京，100086)摘要：本文介绍了基于SMV语音编码算法的嵌入式语音系统设计与实现，给出了系统的硬件设计和软件设计方案要点。该系统具有语音存储时间长，主观评价好的特点。关键词：SMV语音编码嵌入式系统Abstract:WeintroduceanimplementationofembeddedspeechsystembasedonSelectableModeVocoderalgorithm.Systemhardwaredesignandsoftwaredesignreferencear

2、egiven.Thissystemcanstoreverylong-timespeechinlimitedmemorycapacity,yethasahighMeanOpinionScore.Keywords:SMVspeechcodingembeddedsystem中图分类号:TN912.3文献标识码:A一、系统简介低码率语音编码可以在有限的存储空间和信道容量中存储、传播较高质量的数字语音信号。它广泛应用于各个领域，例如有线/无线电话、VoIP、个人即时通信软件、电视会议系统、播音系统。本文将介绍基于可选模式声码器SMV（SelectableModeVocoder）算法

3、的嵌入式语音播放系统的设计与实现。该系统可以提供在512MB的存储空间内存放近300小时的语音数据，而主观听觉达到G.72132KbpsADPCM的语音质量。二、SMV算法简介可选模式声码器SMV（SelectableModeVocoder）标准由3GPP2于2001年公布，代表了目前语音压缩算法的最高水平。SMV由四种编解码器组成，分别是全速率、半速率、1/4速率和1/8速率编解码器，码率分别为8.5kbps,4.0kbps,2.0kbps和0.8kbps。SMV有六种可选工作模式，记为模式0～模式5，不同模式在平均编码速率和语音质量之间的侧重点不同。图1为SMV的编码

4、框图。预处理语音信号加权语音感知加权信号修正开环基音LPC分析VAD语音分类估计修正语音控制信号LSP平滑信息速率和帧类型选择量化的LSFLSP量化基于速率和帧类型的数据处理图例：语音信号直接结果间接结果图1SMV编码框图与传统声码器相比，SMV的一个重要特点为可变算法结构VAS(VariantAlgorithmStructures)技术，即对不同种类的语音信号和不同的工作模式选择采用不同的算法。SMV对语音信号的每一帧进行详尽的分类，共有静音/背景噪声帧，类噪声帧，清音帧，起始浊音PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn帧

5、，不稳定浊音帧和稳定浊音帧六类。首先在活动语音检测VAD(VoiceActiveDetect)模块将语音帧分为静音帧/背景噪音帧(C=0)和活跃语音帧(C=1,2,3,4,5)两类，然后将活跃语FRFR音帧分为类清音帧(C=1,2)、起始浊音帧(C=3)和浊音帧(C=4,5)。再将清音帧分为FRFRFR类噪声帧(C=1)和清音帧(C=2),将浊音帧分为不稳定浊音帧(C=4)和稳定浊音帧FRFRFR(C=5)。FR根据SMV工作模式不同，本帧和前一帧的速率，语音帧分类等条件决定最终的速率和编码类型。表1给出了模式0速率选择和帧分类的关系。类型静音类噪声清音起始浊音不稳定浊音

6、稳定浊音(C=0)(C=1)(C=2)(C=3)(C=4)(C=5)模式FRFRFRFRFRFR全速率√√√√√半速率√√√1/4速率1/8速率√表1模式0速率选择和帧分类的关系SMV算法的另一个重要特点是引入了信号修正机制。通过修正加权语音信号使之与基音包络相匹配，以达到增强声门参数的稳定性，增强基音周期稳定性的目的。SMV引进基音周期预处理算法，使用例如波形的平滑和内差的方法，使得编码算法可以用接近开环分析的算法复杂度，得到近似于闭环基音分析的合成语音质量。SMV算法具有较低的平均码率和较高的语音合成效果。在PC端对一段男女声混合的语音文件进行了测试，分别采用模式0～

7、模式5对该段语音进行了编码。其中模式0的平均码率为6Kbps，主观评价得分约为4.1分，基本和G.711PCM具有相同的听觉效果。模式5的平均码率为3Kbps，可以达到G.723.1ACELP的听觉效果。由于SMV算法采用了信号修正技术，可以较好的还原出语音的波形包络。将原语音信号和解码后的语音信号进行对比，即使是码率最低的模式5，其合成语音在共振峰结构上也与原语音基本一致。三、嵌入式系统设计与实现系统主控芯片采用Epson公司的32位RISCS1C33L05，它具有丰富的外设接口，可以很方便的进行外围电路扩展。系统硬件原理图