低速率语音编解码专用芯片的设计

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1、清华大学学报1999年第39卷第5期VOL.39No.5199973-76*低速率语音编解码专用芯片的设计贾志科，崔慧娟，唐昆，冯重熙文摘为了满足可视电话系统对高质量，低成本语音编解码器的需要，采用数字信号处理器内核(DSPCore)的方法，设计了符合ITU-TG.723.1建议的5.3kbit/s和6.3kbit/s双速率语音编解码器专用芯片。针对G.723.1算法特点，进行算法优化，如变卷积运算为加/减运算，避开求余运算等，并对需要最大运算量的情况作了模拟，保证语音编解码器在最坏情况下也能正常工作。根据专用芯片的结构，设计了编解码器的流程和接口模块，用较少的

2、运算量和较小的存储空间，实时实现了G.723.1建议及其附录A的全部功能和选项，并通过了全套测试序列的检验，而且留出足够多的资源实现自适应回声抵消、调制解调等其它功能。关键词低速率语音编码；专用芯片；可视电话分类号TN912.3ASICdesignforlowbitratespeechcodingJIAZhike，CUIHuijuan，TANGKun，FENGChongxiDepartmentofElectronicEngineering,TsinghuaUniversity，Beijing100084，ChinaAbstractInordertogetahig

3、hqualityandlowcostspeechcoderforvideophonesystem，anASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)wasdesignedusingDSPcore.ThespeechcodercomplieswithITU-TRecommendationG.723.1(dualratespeechcoderformultimediacommunicationstransmittingat5.3&6.3kbit/s).AccordingtothefeaturesoftheG.723.1algor

4、thmandthearchitectureoftheASIC，someoptimizationswereusedtoreducethecomputationcomplexandthememorysize.Theworstcasewhichwouldcostmaximumcomputationamountwassimulatedtoensurethecodercanworkproperlyinthiscase.Thechartofthecoderanditsperformancewerepresented.Thereisstillenoughresourcelef

5、tinthisASICtoimplementtheMODEMandtheechocancellator.Keywordslowbitratespeechcoding；ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)；videophoneITU-TH.324是运行在公用电话交换网(PSTN)上的可视电话标准建议。H.324可视电话系统选用ITU-TG.723.1建议作为语音压缩编码标准。G.723.1建议有两种可选速率，分别是5.3kbit/s和6.3kbit/s，它们都能提供很高的语音质量，MOS分均在3.5以上。G.723.

6、1语音编码方案的算法复杂、运算量大、占用存储器多，延时较长，达37.5ms，在可视电话系统中需加入自适应回声抵消器，才能达到较高的听觉质量。为了降低成本和功耗，提高实时性和可靠性，使可视电话系统达到实用化的程度，最佳设计方案就是把G.723.1语音编解码器、V.34调制解调器和回声抵消器集成到一块芯片中，从而减少数据交换量，提高速度。由于运算速度和存储容量的限制，目前的通用DSP还无法满足要求，必须设计专用芯片来完成。本文在对G.723.1语音编解码算法做简单介绍后，针对专用芯片的特点，提出了算法优化措施，并对最大运算量作了估算。在此基础上给出了该语音编解码器的

7、设计方案和各项性能指标。1G.723.1语音编解码算法简介G.723.1语音编解码器是基于线性预测理论，采用合成分析、矢量量化等方法，以经过感觉加权后的残差信号能量最小为准则进行编码的。G.723.1语音编码器将输入的16bit线性脉冲编码调制(PCM)码流分成长度为240样点的语音帧，以帧为单位进行编码，首先，进行高通滤波，去掉直流分量，接着，把1帧信号分成4个长度为60样点的子帧，分别进行10阶线性预测编码(LPC)分析，得到各子帧的LPC参数，并把最后一个子帧的LPC参数转化成线谱对(LSP)参数，进行矢量量化编码，送到解码器。利用未量化的LPC参数构造短

8、时感觉加权滤波器，对信号