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1、题目：语音压缩、存储与回放开题报告学院：电信学院专业:自动化(铁道信号) 学生姓名：吕梦莎学号:11213072 学生姓名：雷清学号：11213070文献综述：1. 实验目的掌握利用DSP进行信号采集的方法，掌握利用DSP进行语音信号的压缩和解压方 法，以及语音信号的回放方法。学会A/D、D/A的工作原理和使用，学会A/D、 D/A转换器的编程方法。以语音信号处理为依托，深入理解信号的抽样和重建的基 本方法，提高学生系统地思考问题和解决实际问题的能力。通过调用DSPCSL库 对McBSP接口的编程，学会DSP片上外设的使用方法。2. 技术指标及没计要求基本部分：(1) 使用DSP实现语咅压缩和
2、解压缩的基本法，法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。(2) 设置A/D的采样率为32KHz，从Line-in或MIC输入口实时采集语音信号， 利用McBSP 1接收寄存器将外部语咅数据接收到DSP中，接收Is数据。(3) 采用适当的语音压缩算法，将接收到的数据进行压缩。也可以将接收到的数据直 接压缩后存储。(4) 对上述已压缩数据进行解压。(5) 将解压；ti的数据经Headphone端门输岀，利用再机试听。(6) 使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。发挥部分：(1) 至少使用2种算法进行语音的压缩、存储和解压缩，比较它们之间的优缺点。(2) 将A/D采样率和D/
3、A的转换率设置为不同频率，对比输出的语音信号，发现不 同并解释。主要参考文献:11高海林钱满义DSP技术及其应用自编讲义，20052 谭浩强C程序设计(第二版)清平大学出版社，20033 李颖李文海现代通信技术人民邮电出版社2002.34 赵勇、甘泉DSP应用系统设计电子工业出版社2002.10研究方案：3. 实验原理1) .语音编码(1) 概念：语音编码一般分为两类：一类是波形编码，一类是被称为“声码器技术” 的编码。PCM编码即脉冲编码调制。波形编码的最简单形式就是脉冲编码调制(Pulse code modulation),这种方式将语音变换成与其幅度成正比的二进制序列， 而二进制数值往往
4、采用脉冲表示，并用脉冲对采样幅度进行编码，所以叫做脉冲 编码调制。脉冲编码调制没有考虑语音的性质，所以信号没有得到压缩。(2) 堡化：脉冲编码调制用同等的量化级数进行量化，即采用均匀量化，而均匀量化是基 本的量化方式。但是均匀量化有缺点，在信号动态范围较大而方差较小的时候，其 信噪比会下降。国际上有两种非均匀量化的方法：A律和M律，U律是最常用的一种。在美国, 7位P律是长途电话质S的标准。而我国采用的是A律压缩，而且有标准的A律 PCM编码芯片。(3) DPCM&ADPCM：降低传输比特率的方法之一是减少编码的信息U,这要消除语音信号中的冗余 度。相邻的语音样本之间存在明的相关性，因此对相邻
5、样本间的差信号进行编码, 便可使信息量得到压缩。因为差分信号比原语咅信号的动态范围和平均能量都小。 这种编码叫Differential PCM,简称DPCM,即差分脉冲编码调制。ADPCM即自适应差分脉冲编码调制，是包拈短时预测的编码系统。CCITT (国 际电报电话咨询委员会)在1984年提出的32 kbit/s的编码器建议就是采用ADPCM 作为长途传输中的国际通用语音编码方案。这种ADPCM编码方案达到64 kbit/s PCM的语咅传输质量，并具有很好的抗误码性能。2) .当前压缩算法及压缩技术介绍(1).压缩算法的介绍用途抽样频率 (kHz)压缩标准或系 统压缩技术码率(kbit/s
6、)长途电话8G. 711G. 726G. 728PCMADPCMLD-CELP6440/32/24/1616移动电话8GSMIS54/IS95G. 729RPE/LTPVSELP/QSELPCS-ACELP13. 216/8/4/2/18ISDN,会 议电视1G. 722SB-ADPCM64/56/48VCD32/48IS0/IEC10149MPEG1192/128/96(2).压缩技术的介绍a. 波形编码：直接对语音时域或频域波形样值进行编码。PCM, ADPCM, SBC, ATCb. 参数编码：对人类语音的生成模型的参数进行编码。c. 混合编码：结合波形编码和参数编码。MPLPC, RP
7、E/LTP, CELP, VSELPd. 可变速率编码：G. 727嵌入式编码e. 无失真编码。霍夫曼编码3) 、语音的A律压缩与解压统计表明对于每一个讲话者来说，语音中小幅度成分出现的概率要比大幅度多 得多，为了在语音信号的整个动态范围内都可以接受低电平信号，量化电平必须照顾到语音的低电平信号，极低电平的量化间隔要小，高电平的量化间隔要大。压缩 扩展技术能过借用3种方法实现：(1) 模拟信号在到达ADC前，即进行8比特量化前，首先通过一个非线性电路；(2) 使用一个8比特ADC,其内部量化电平取II:均等间隔；(3) 使用线性12比特ADC然后借助于数字查表(12笔特输入，8比特输出)。这三
8、种方法都需要有非线性性功能，差别仅是非线性放在什么地方。两个标准的压缩扩展特性曲线称为u律和A律，使CC1TT提出的G. 711协议PCM 编码方式的一部分。北美和tl本使用Li律，欧洲使用A律，两个算法使用了非线性， 把量化间隔变换成人耳能检测的线性空间。A律限制采样值为12比特，A律的压缩 可以按照下列公式进行定义：F(x) = sgn 1 + lnA式中，A是压缩参数(在欧洲，A=87.6) x是需要压缩的归一化整数。 从线性到A律的压缩转换如下表所示：F -*(y) = sgn()I41 + ln( A)JA(0 |y|11 + ln( A)=sgn(|y | I + ln( A )|
9、A + A ln( A)1 + ln( A ) J 压缩后的码字组成：比特0-3表矢量化值，比特4-6表示段值，压缩后的码字 符号放在比特7,为了简化未写出.压缩前的码字丢弃的比特 数压缩后的码字输入值段值，量化值比特：11 10 9876543210比特：6 5 4 3 2 1 00000000a bcdx10 0 0 a b c d0 0 OOOOlabcdx10 0 1 a b c d00 OOOlabcdxx20 1 0 a b c d00 OOlabcdxxx30 1 1 a b c d0 0 Olabcdxxxx51 0 0 a b c d00 labcdxxxxx61 0 1 a
10、 b c cl01 abcdxxxxxx71 1 0 a b c d1 a bcdxxxxxxx81 1 1 a b c dA律的扩展可定义力:从A律到线性扩展的转换如卞表:偏伉的输入压缩过的码字段值,量化值比特：6 5 4 3 2 1 0比特：11 10 98765432100 0 0 a b c d0 0 OOOOOabcdl0 0 1 a b c d0 0 OOOOlabcdl0 1 0 a b c d0 0 OOOlabcdlO0 1 1 a b c d0 0 OOlabcdlOO1 0 0 a b c d0 0 OlabcdlOOO1 0 1 a b c d0 0 labcdlOOO
11、O1 1 0 a b c d01 abcdlOOOOO11 1 a b c d1 a bcdlOOOOOO4).硬件特点C5502板上资源:32 KW DARAM 和 16 K ROM32位外部存储器接口(EMIF)16 KB指令快速缓存16/8位加强型主机接口 (HPI)6信道直接内存存取(DMA)支持内部和外部数据传送T2C界面可连接至微控制器和编码/译码器，提供芯片间通讯功能 最多76只普通I/O引脚64-位定时器：4路McBSP： 3 通道2 路 UART 接口，接口 标准 RS232 / RS422 / RS485 可配置 提供上电复位、手动复位，系统可靠、稳定 标准的JTAG接口，
12、方便调试标准化的扩展总线4、实验程序设计1) TMS320VC5502McBSP 的串口 的初始化：首先将DSP的串口 1复位，再对串口 1的16个寄存器进行编程，使串口 1工 作在以下状态：禁止SPI模式，但数据相，每帧一字，每字16位，帧同步脉冲低 电平有效，并且帧同步信号和移位信号有外部时钟产生。DSP给TLV320ATC23B编程 用查询方式，A/D转换数据的接收和D/A转换的数据发送采用查询方式。hllandset = codec open(IIANDSET CODEC);此语句调用了蚋数codecpenO对串口 1进行了初步设置，没置成功返回codec 的句柄放在变UhHandse
13、t中，作为调用其他函数的实参。2) TLV320AIC23B 的初始化：codec dac mode(hllandset,CODRC DAC15BIT);/*DAC15bit 模式*/codec_adc_mode (hllandset,C0DEC_ADC_15BIT);AADC15bit 模式*/codec ain gain(hHandset,CODEC AIN 6dB);A输入 6dB 增益*/codcc_aout_gain (hHandset, CODEC_AOUT_MINUS_6dB) ; /*输出-6dB 增益 */ codec sample rate (hHandset, SR 16
14、000) ;/* 16KHz 采样率 */该初始化过程调川了 5个函数对TLV320ATC23B的5项参数进行了设置，包括 ADC和DAC的工作模式，模拟输入和输出的增益；以及AD/DA的转换速率。3) 用TMS320VC5502实现语音的A率压缩解压有两种方法：(1)使用多通道缓冲串口(McBSP)的缩展器在多缓冲通道串口(McBSP)内部装置了硬件电路，支持A律格式缩展器，对数据进行压缩与扩展，A律缩展器允许14比特的动态范围。首先描述一下McBSP硬件如何能够同时处理A律，如阁显示的是McBSP缩展器硬件工作流程。在接受端，McBSP接收压缩的、非线性的数裾然后扩展为线性数裾 写道CPU
15、或DMA,在发送端，从CPU或DMA得到的线性数据在发送前必须按着A律 压缩。RSRRBRRJUSTDRR接收移位接收缓冲 寄存器寄存器调整模式_数据接 控制位收到 CP1)或 DMA发送移(摘存器圈t 数据发送从CPU/DMA输入 (2)用软件实现主程序的功能是从McBSP的接收通道读取A/D转换的值，然后经过压缩解压后 将其发送到McBSP的发送通道，构成TLV320ATC23B CODEC模拟输入和输出通道的 自环，是否能接收到A/D转换的数据是通过杏询串口 1的接收标志RRDY来进行的， 程序为：while (1)while (!MCBSP RRDY(HANDSET CODEC) ;data=*(volatile int*)DRRl_ADDR(IIANDS
