MELP语音编码的分析与其在DSP上的优化

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1、浙江大学硕士学位论文1．1引言第一章绪论随着信息化社会的发展，通信技术成为代表当今社会发展水平的一个重要标志。现代通信技术融合了计算机技术、微电子技术和信息技术等高科技技术，并且渗透到工业、农业、医疗、航天航空等各个领域。通信技术发展日新月异，各种通信新技术不断应用到日常生活中，改变着人们的沟通方式和生活习惯。语音通信毫无疑问是人类通信的最重要的形式之一，固定电话、移动电话、视频会议等等都会涉及到语音通信。为了提高语音信号数字传输的有效性，通常还要对语音进行压缩编码。实际上，语音信号中含有大量的冗

2、余信息，采用各种编码技术减少语音信号的冗余度，并充分利用人耳的听觉掩蔽效应【401，就可以将其码率压缩很多倍，而同时又能恢复出可懂度甚至自然度都很好的语音。语音编码技术实现的途径主要包括基于Pc上的实现、基于AsIc的实现和基于嵌入式系统的实现这三种方法。基于Pc上的实现主要利用Pc丰富的软硬件资源，这种方式易于实现；基于AsIc的实现，比较适合大规模的应用，这样可以降低应用系统的成本；而嵌入式系统的实现介于二者之问，可以在比较丰富的软件资源的基础上编程实现语音编码的应用。DSP作为一种运算能力相

3、当突出的cPu，在嵌入式语音编码系统的应用开发中占有极其重要的地位。TI的c6000系列DSP以其独特的体系结构和强大的运算能力，非常适合在音视频编码中应用。当前在嵌入式语音编码系统的开发过程中，除了系统的软硬件开发外，开发者还要注重考虑在c代码具体实现的基础上，针对DsP特有的体系结构，在汇编层面对系统进行优化，这样才能体现出DsP相对于其他处理器所特有的优点，发挥DSP在语音处理方面的强大能力。1．2语音编码技术的现状及发展自从20世纪30年代末提出PCM及通道声码器理论以来，语音编码技术已有

4、60余年的发展历史。随着计算机、微电子和通信等技术的飞速发展，尤其是近几浙江大学硕士学位论文年来高质量语音压缩编码技术的实用化，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用。尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。1．2．1语音编码技术的分类语音编码技术按传统方法分类大致可分为三类：波形编码、参数编码以及混合编码。波形编码比较简单，就是直接对语音信号的波形进行处理，力求使重建的语音信号波形保持原始语音信号的波形形状。波形编码

5、具有语音质量好、抗噪性能强、实现方法简单等优点，不过其码率较高，在16kb／s～64kb／s速率范围内能得到较好的重建语音质量，但当速率下降时，语音重建质量会急剧下降。参数编码又叫声码器，它的原理是根据人的发声机理，从语音信号的波形中提取表征声道和声源激励的有关特征参数，然后利用这些特征参数通过语音产生模型合成出语音信号，力求使重建语音信号具有尽可能高的可懂度和自然度，但重建语音信号的波形与原语音信号波形可能会有很大差异。混合编码是将波形编码和参数编码的原理结合起来，同时吸收了两者的优点。混合编码

6、音质比较好，有个别算法【l】所取得的合成语音质量与波形编码相当，算法实现的复杂程度介乎于波形编码与参数编码之间。半个多世纪以来，各国专家学者从人类发音机理和听觉机理出发，对语音基本元素的声学特性、频谱特性和语意表达等做了大量研究，建立了发音模型和听觉模型【4们，在不同程度上逐渐逼近真正的语音产生过程，并取得了长足的进步，接下来对语音压缩编码的发展作简单概述。1．2．2语音编码技术的发展语音编码的发展过程，按所使用的编码技术大致划分为以下三个阶段：(1)自从1939年美国HomerDudley发明声

7、码器【21以来，语音处理开始了参数编码的研究，该声码器是以滤波器为主构造的通道声码器。在20世纪60年代，Sato．Ital【ura和Atal．schroeder研究出共振峰声码器【3】’他们最早把‘‘线性预测(LPc)”技术‘4”应用到语音编码中。他们用线性组合模型以及均方误差最小等方法逼近浙江大学硕十学位论文原始波形，并提取相关参数，还研究出自相关法、协方差法[40】等实用快速算法。在众多声码器中，LPC声码器因其成熟的算法和参数的精确估计成为当时研究的主流，并逐步走向实用。LPC．10声码器

8、后来被美国联邦政府采纳为联邦标准FSl015，并一直沿用到90年代。1996年3月美国国防部语音信号数字处理协会(DDVPC)开始选用TI公司和ASP公司联合提出的混合激励线性预测(MELP)声码器来取代旧标准Fs。1015，并于1998年年底正式公布这个新的标准。(2)从1985年B．s．Atal和M．R．schmeder提出cELP算、法【习以来，闭环分析算法成为主流。GsM于1988年公布了I冲E—LTP作为泛欧数字蜂窝移动电话的标准㈣，美国国防部于1989年公布了cELP联