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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于PNX1500的G.723.1语音编解码器的研究与实现 姓名：马奕非 申请学位级别：硕士 专业：系统分析与集成 指导教师：曾致远 20090531 I 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘摘 要要 语音通讯在现代生活中，扮演着十分重要的作用，已成为生活中必不可少的通 信手段。随着通信网络用户数量的与日俱增、网络业务更加多样化、综合化，加之 数字移动通信以及个人通信网的快速发展，于是语音压缩处理方法层出不穷。 语音编解码器能否应用于实际当中，主要参考性能为其编解码时间和解码后的 语音质量。G.723.1 算法是国际电信联盟 I
2、TU-T 建议的应用于中低速率多媒体服务等 的语音压缩标准。其代码具有移植性强，适用任何 C 代码开发平台等特性。但是其 代码必须考虑其使用的特定处理器中的内部特殊资源， 来降低G.723.1代码运行时间， 提高运行效率，达到其实用的目的。 本文介绍了 G.723.1 编解码算法基本原理和 Philips 公司出产的 Trimedia PNX1500 DSP芯片的特性和内核结构， 针对该芯片的硬件结构特点， 实现在PNX1500 DSP 芯片上的 G.23.1 语音编解码器。同时在此基础上，讨论了在 PNX1500 上具体实 现 G.723.1 语音编解码器的具体流程和关键技术，特别是重点研究
3、了 G.723.1 语音编 解码协议的代码以及算法优化方案。实验结果表明，在 Trimedia 平台下低码率 （5.3kbps）可以处理 16 路编解码，高码率（6.3kbps）可以处理 11 路编解码，编解 码后在 PNX1500 上播放效果良好。 关键词：关键词：G.723.1 语音编解码 PNX 1500 优化 II 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract Voice communication, as one part of modern communication systems, is always an important and
4、 necessary service. With the increasing number of communication network users, network service has a tendency of integration and diversification; meanwhile, with the fast development of digital mobile communication and personal communication network, there has emerged various methods of speech compr
5、ession processing. Whether a speech codec could put into practical application mainly depends on its codec time and its speech quality after decoding. G.723.1 algorithm was proposed by ITU-T, it was applied to speech compression standard in the low bit rate multimedia service and so on. Its code has
6、 the feature of strong transplantation and could use in any development platform of C code. However, this code have to take the special resources in a certain processor into consideration in order to reduce the running time of G.723.1 code, therefore to raise the operation efficiency and achieve its
7、 practical value. This paper has introduced some basic principles of G.723.1 codec algorithm; the properties and kernel structure of Trimedia PNX1500 DSP chips produced by Philips Company are also discussed. According to the hardware structure features of those chips, this research attempts to imple
8、ment the speech codec on the basis of this PNX1500 DSP chip. Based on the theory of speech compression coding, the key technology of G.723.1 speech codec real-time implementation on PNX1500 has discussed as well as detailed problems in implemental process, among which the algorithm optimization and
9、code optimization of G.723.1 speech codec protocol are emphatically studied. The experiment result indicates that under the Trimedia platform low bit rate （5.3kbps） could process 16 channel codec whereas high bit rate （6.3kbps） with 11 channel codec, it will have a good playing effect on the platfor
10、m of PNX1500 after codec. Key words：G.723.1 Speech codec PNX 1500 Optimization 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文
11、的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 绪绪 论论 近年来，随着人类社会信息化进程的加快，以及通信技术和计算机网络技术等的 迅猛发展，语言作为人类文明进步的标志和人类
12、沟通的重要方式，使得语音压缩编码 技术得到了快速发展和广泛应用，以近 20 年的发展尤为突出，数字化语音在传输以及 存储上的可靠性强、易于加密存储、抗干扰性强、传输速率快、宽带利用率高等优势， 在卫星通信、多媒体技术以及 IP 电话等通信、通讯领域中得到了广泛的应用，扮演着 重要的作用。但是存储空间、传输带宽等物理资源的问题仍是我们急需解决的问题。 1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 我们研究的语音编码技术，其实质是能够在存储空间有限，带宽不够的条件下， 通过将模拟语音信号数字化，从而达到减小语音信号的比特率，使其能够便于在现有 的通信信道上顺利传输和存储。 许多国际化标准组织不断地致力
13、于研究语音编解码技术，使其发展速度迅猛，也 相继推出了许多语音压缩标准，从而大大推动了语音编解码技术的发展与应用。其中 以 ITU 组织颁布的 G 系列语音编解码标准（G.711、G723.1、G729 等）最具有代表性 1。与此同时，超大规模集成电路（VLSI）以及高性能数字信号处理器（DSP：Digital Signal Processor）日趋成熟飞速发展，使得语音压缩编码有了更广阔的发展空间。如 今，语音压缩编解码技术已广泛的应用于通讯、电子等领域。例如，现如今应用极为 广泛的 IP 电话，无论从呼叫费用上还是从应用范围，都已经得到了长足的发展。 目前，国内基本上在语音编解码芯片的研究
14、中采用 DSP 作为平台，它具有能耗 低，性价比高等特点，于是成为现在语音编解码的开发的重要手段。但是种种诸如 性能等因素的限制， 使得语音编解码的实现效果并没有预期中那么好。 PNX1500 DSP 是 Philips 公司出品的高性能新型 DSP，为我们高速度、成本较低、高可靠性、高稳定 性的语音编解码实现，提供了一个良好的平台。近些年，对于在 PNX1500 上实现语音 编解码器的研究还不是十分广泛，于是我们就是用这个平台实现语音编解码器。 G.723.1 语音编码解码作为一种低速率和双速率的编解码方案，是视频会议协议 2 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论
15、 文文 H.324 系统的语音部分的协议。其低速率表现在其语音信号的压缩比很高，达到了 20：1 的比率；双速率表现为其可实现 6.3kbi/ts 和 5.3kbi/ts 两种编码速率，并能够在 其语音帧交界处进行转换，为不同的需要提供了便捷。它的优点是重建语音自然， 质量好， 适合中低速率下的语音编解服务。 基于 G.723.1 以上的特性， 我们在 PNX1500 DSP 平台上使用 G723.1 语音编解码标准进行语音编解码的实现。 1.2 语音编码技术的发展概况语音编码技术的发展概况 得到尽可能好的重建语音质量，同时尽可能的降低编码速率，是我们研究语音 编码技术所追求的目标1。语音编码
16、的主要功能是把用户语音的 PCM（脉冲编码调 制）样值编码成为少量的比特（帧）。这种方法所生成的语音信号在网络抖动、链 路产生误码以及突发传输等情况时均有较强的健壮性。在语音接收一方，语音帧首 先被解码为 PCM 语音样值，再将其转换成为语音波形，完成语音编解码。但是，这 必然会导致算法复杂度的增加。 根据语音编码技术的发展过程，语音压缩编码方法大致上可分为波形编码、参 数编码（即声码器）和混合编码三类2。它们所能达到编码质量大致如图 1-1 所示。 波形编码 混合编码 参数编码 1643216842 比特率（比特率（kbit/s） 极好 差 较差 一般 好 极好 差 较差 一般 好 编 码 质 量 编 码 质 量 图 1-1 语音编码质量 波形编码是对语音时域或频域信号形进行编码，其思想是：尽量使编码后的语音 信号波形和编码前保持一致。由于这种编码方式尽可能的保留原始样值的细节特征， 3 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 因而保留了原始信
