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1、吉林大学毕业设计（论文）摘要随着通信、计算机网络等技术的飞速发展,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。人们相互交流的信息量也在不断地急剧增加，庞大的语音信号数据给存储和传输带来了巨大的的压力，使得信道资源变得愈加宝贵。因此，语音压缩和语音编码技术显得越来越重要。本课题是基于DSP语音信号线性与非线性量化相互转化的新方法，通过DSP将采集到的语音信号进行压缩算法的处理。最后通过外设输出压缩后的语音信号。最终实现语音信号的采集、压缩与回放。本论文根据系统的功能需求，完成了该系
2、统的算法研究，软硬件的设计。设计出了A律编解码的软件流程框图，在以TMS320VC5502为处理器的硬件开发平台上实现了语音信号的A律压缩解压算法，并给出了压缩程序流程图。关键词： 语音压缩编码，线性与非线性量化转化，DSPAbstractWith the communications, computer networks of rapid development, voice compression coding technology has been rapid of development and wide of application. Especially in the last 2
3、0 years, speech coding technology was widely application in the mobile communications, satellite communications, multimedia and IP telephony technology, it plays a pivotal role. People mutually exchanging information is increasing dramatically, huge voice signal data to the storage and transmission
4、brought huge pressure, it makes channel resources become more and more valuable. Therefore, speech compress and speech coding technology is becoming more and more important.This topic is based on the DSP of voice compression algorithm design and implementation. The collected voice signal use compres
5、sion algorithm to treat by DSP. The speech signal after compression is output by external equipments finally. It has realized the speech signal collection、compression and playback finally. According to the systems functional requirements, this papers complete hardware and software design of the syst
6、em. A law designed a flow chart of the software codec in order to TMS320VC5502 processor hardware development platform for the realization of the speech signal on the A-law compression decompression algorithms, And give the compression process flow diagram. Key Words：Speech Coding，Transformation of
7、linear and nonlinear quantization ,DSP- 1 -引 言语音是人类相互进行交流时使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息载体。语音的产生是一个复杂的过程，包括心理和生理等方面的一系列动作。由于其特殊的作用，人们历来十分重视对语音信号和语音通信的研究。近十几年来语音技术在人们实际需要的推动下快速的发展起来，语音技术是一个跨学科、涉及面广的综合学科，包括声学、语音学、生理学、心理学、数字信号处理、信息工程、通信理论、电子科学、模式识别、人工智能等众多学科，而且许多对语音数字信号处理有促进作用的学科如神经网路、小波理论、遗传算法、进化算法、模糊理论、混沌理论等也在
8、蓬勃发展。随着当今世界数字技术的飞速发展，数字业务量的急剧增长，如何在提供高质量语音的基础上用最低的码率来传送和储存数字语音信号，以增加现有信道的带宽利用率、安全性以及降低成本等已越来越受到人们的重视。在高度信息化的今天，语音处理的一系列技术及应用已经成为信息社会不可或缺的重要组成部分。目前的语音压缩专用芯片价格较高，并且采用语音压缩专用芯片的设备在信号处理的灵活性，功能扩展等方面受到很大的限制，很难加入一些新的功能或者算法。而使用 DSP 来自主开发实现语音压缩算法却可以使这一成本大大降低，同时可以方便地实现算法的更新，从而能够在不更换硬件的情况下实现功能的升级。再者，随着信息技术的发展，信
9、道资源显得更加宝贵，为了在有限的信道内进行更多的信息传输，必须对语音信号进行压缩。因此，本论文研究的课题是基于DSP语音信号线性与非线性量化相互转化的新方法。吉林大学毕业设计（论文）1绪 论1.1课题的背景1876 年电话的发明可以认为是现代语音压缩编码、传输等的开端，在本世纪得到迅速普及应用，至今已有百余年的历史。随着科学技术的进步，语音信号的处理与发展已经历了三个主要阶段。 第一阶段：20 世纪 30 年代以前，语音信号的处理与传输均是以模拟的形式进行，1937 年 A.H.Reeves 提出了脉冲编码调制(PCM)理论，开创了语音数字化通信的历程。数字化语音在传输与存储可靠性、抗干扰、速
10、交换、易保密等各方面都远胜于模拟语音。PCM 标准是电话设备中第一种被采用的技术，它是一种波形编码方法，是将时间域信号直接变换为数字代码，力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。第二阶段：1939 年，美国人 Dudley 研制成功第一个声码器，从此奠定了语音产生模型的基础，这一工作在语音信号处理领域具有划时代的意义。从此，语音处理开始了参数编码的研究。它通过对语音信号进行分析，提取参数来对参数进行编码，在接收端能够用解码后的参数重构语音信号。参数编码主要是从听觉感知的角度注重语音的重现，即让解码语音听起来与输入语音是相同，而不是保证其波形相同。这种编码方式一般对码率的要求要比波形编码低很
11、多，但只能达到合成语音的质量，即使码率提高到与波形编码相当时，语音质量也不如波形编码。应用广泛的线性预测 LPC(Linear Predictive Coding)声码器是典型的语音参数编码器。最新的参数编码器有正弦变换编码器、波形内插编码器等1。第三阶段：20 世纪 70 年代中期，特别是 20 世纪 80 年代以来，语音编码技术有了突破性的进展，一些非常有效的处理办法被提出，产生了新一代的参数编码算法，也就是混合编码。混合编码克服了参数编码激励形式过于简单的缺点，成功地将波形编码和参数编码两者的优点结合起来，在 4kbps到l6kbps 的数码率上能够得到高质量的合成语音。既利用了语音产生
12、模型，通过对模型参数进行编码，减少被编码对象的动态范围和数据量，又使编码过程产生接近原始语音波形的合成语音，以保留说话人的各种自然特征，提高了语音质量。得到最广泛研究的混合编码算法是基于线性预测技术的分析合成编码方法LPABS(Linear Prediction Analysis-By Synthesis)。从最初的 64kbps 的标准 PCM 波形编码器到现在 4kbps 以下的参量编码的声码器，语音压缩编码在几十年里得到迅速发展。进入 90 年代以来，在无线电话方面 GSM 又逐步替代传统的模拟无线电话系统。近年来，随着 Internet网的迅速发展，网络通信由单纯的数据信息向多媒体方向
13、发展，移动通信也正向第三代移动通信方向发展，高效优质语音编码成为这些新颖通信系统的基本也是关键的技术之一。在中国，语音和语言处理技术的研发略晚于国外。中国科学院声学研究所的俞铁城教授应该说是中国最早涉足这一领域的人之一，他于 1977 年在物理学报发表了全国第一篇关于语音识别的论文。清华大学语音技术中心紧随其后，语音界老前辈方棣棠教授、吴文虎教授于 1979 年创立语音技术中心(原名语音实验室)，现已有 28 年的历史。随后，全国各地从事这方面研究的机构越来越多，比较著名的有清华大学电子工程系、中国科学院自动化研究所、中国科技大学、中国社会科学院语言研究所(在语音学研究方面，吴宗济先生的起步更
14、早)、北京大学、哈尔滨工业大学等等。在这些顶尖学术机构的带动下，中国的语音和语言处理技术得到很大发展，并逐步在国际上引起注意。1.2课题的意义随着通信、计算机网络等技术的飞速发展,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。人们享受着信息化带来的方便和快捷，数字广播电视、互联网、通讯和各种数码音乐产品正改变着我们的生活。与此同时，人们相互交流的信息量也在不断地急剧增加，庞大的语音信号数据给存储和传输带来了巨大的的压力，使得信道资源变得愈加宝贵。因此，语音压缩和语音编码技术显得越来
15、越重要。语音压缩编码技术的类别语音编码就是将模拟语音信号数字化,数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理,可以充分利用数字信号处理的各种技术。为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽,还需要对数字化之后的语音信号进行压缩编码,这就是语音压缩编码技术。它可以对原始数字语音信号PCM码流运用适当的数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，降低（压缩）其码率，也称为压缩编码或信源编码。它必须具有相应的逆变换，称为解压缩或解码。信源编码的任务主要是解决数据存储、交换、传输的有效性问题，通过对信源数据率的压缩，力求用最少的数码传递最大的信息量。采用语音压缩和语音编码技术可以在保
16、证音质的同时，大大地减少数据传输量，节省传输所需要的带宽。总之，语音压缩技术的出现与应用为人类带来了深远的影响，人们如今已生活在一个几乎语音压缩的世界之中，而语音压缩技术则称得上是应用最为广泛的数字技术之一，CD、 VCD等早已走进千家万户，数字化广播正在全球范围内逐步得到开展，正是这些与广大消费者密切相关的产品及应用成为了本文将要介绍的主题：语音压缩算法的设计与实现2。1.3语音压缩编码的国际标准由于数字语音编码技术具有广阔的应用范围和良好的市场前景，从 20 世纪 80 年代开始，国际上著名的通信研究机构和大学均大力开展高音质低码率语音编码技术的研究，取得了大批成果，因此语音编码技术的标准化工作显得十分重要。国际电信联盟 (ITU)在语音编码技术的标准化方面做了大量的工作，制订了很多标准，并逐渐受到业界的认同。其中比较典型的有 G.711， G.721， G.728， G.729 等标准。1.G.711 标准最早的语音编
