語音的數(shù)字通信以信道占用寬頻帶寬為代價(jià)實(shí)現(xiàn)抗干擾等功能,。必須對數(shù)字語音信號進(jìn)行壓縮編碼。
目前,，G.729A算法多是在TI的5000系列DSP上實(shí)現(xiàn)單通道或雙通道語音壓縮,，而本設(shè)計(jì)在現(xiàn)有的TMS320C6711系列DSP平臺上使用最少的硬件資源和軟件開銷，壓縮編碼解碼時(shí)間,，實(shí)現(xiàn)了多通道語音實(shí)時(shí)壓縮解壓,。
選擇語音壓縮編碼方案
在評價(jià)一個(gè)語音壓縮編碼方案時(shí)，一般從四個(gè)方面考慮：質(zhì)量,、速率,、復(fù)雜度和延時(shí)。目前 ITU-U已制定的G系列標(biāo)準(zhǔn)如表1所示,。
本系統(tǒng)需要的是一種低碼率,、語音質(zhì)量良好、低時(shí)延,、較低算法復(fù)雜度的壓縮方案,，從表1中可以看出，從低碼率考慮就可以排除G.711,、G.721,、G.722和G.723。G.726在速率為16Kb/s 時(shí),，語音質(zhì)量為2.0,，這顯然是不可以接受的。在余下的G.723.1,、G.729,、G.729A中，可以看到G.723.1的算法復(fù)雜度較大,，而且延時(shí)較長,，所以也被排除。和G.729相比,，在算法復(fù)雜度方面,，G.729A有較大優(yōu)勢。實(shí)際上,， G.729A是G.729的一個(gè)簡化版本,，在語音質(zhì)量基本維持不變的情況下,，算法簡化了很多。所以本系統(tǒng)最后選用 G.729A算法,。
G.729A編碼方案是電話帶寬的語音信號編碼的標(biāo)準(zhǔn),，對輸入語音性質(zhì)的模擬信號用8kHz、采樣,，16比特線性PCM量化,。CS-ACELP是基于碼本激勵(lì)線性預(yù)測(CELP)的編碼模式，每80個(gè)樣點(diǎn)為一語音幀,，對語音信號分析并提取各種參數(shù)，把這些參數(shù)編碼發(fā)送,。在解碼端,，把收到的比特流恢復(fù)成參數(shù)編碼，解碼后得到各個(gè)參數(shù),，用自適應(yīng)碼矢序號從自適應(yīng)碼本中得到自適應(yīng)碼矢,，用固定碼矢序號從固定碼本中得到固定碼矢，分別乘以它們的增益,，按點(diǎn)相加后構(gòu)成激勵(lì)序列,。用線性預(yù)測濾波器系數(shù)構(gòu)成合成濾波器。用自適應(yīng)碼本方法實(shí)現(xiàn)長時(shí)或基音合成濾波,，計(jì)算出合成語音后,，用后置濾波器進(jìn)一步增強(qiáng)音質(zhì)。G.729A算法編碼器原理框圖如圖1所示,。
圖1 G.729A算法編碼器原理框圖
硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
數(shù)字信號處理器具有運(yùn)行速度快,、性價(jià)比高、功耗低,、開發(fā)快的特點(diǎn),。本系統(tǒng)選擇的TMS320C6711是高性能浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器，可以成功地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語音壓縮和解壓,。
1 系統(tǒng)原理框圖
本系統(tǒng)以TMS320C6711為核心,，外擴(kuò)32MB SDRAM和2MB FLASH。DSP仿真器用于DSP的在線調(diào)試開發(fā),，可以通過軟件在線控制DSP的運(yùn)行狀態(tài),，并能夠查看DSP內(nèi)部寄存器。PC是開發(fā)人員和DSP系統(tǒng)之間的交互界面,，通過PC上安裝的CCS集成開發(fā)環(huán)境,，開發(fā)人員可以在友好的圖形界面下對目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行操作。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示,。
圖2 系統(tǒng)硬件框圖
2 模擬電路接口設(shè)計(jì)
TLV320AIC10芯片模擬電路設(shè)計(jì)包括麥克風(fēng)接口設(shè)計(jì)和揚(yáng)聲器接口設(shè)計(jì),，由于TLV320AIC10輸出具有600Ω驅(qū)動(dòng)能力,，足夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)耳機(jī)，也可以經(jīng)過一個(gè)功率放大芯片驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器,，所以輸出電路較為簡單,。
TLV320AIC10內(nèi)置運(yùn)算放大器電路，可以方便的與麥克風(fēng)接口,，接口電路如圖3所示,。應(yīng)當(dāng)注意的是VMID引腳最大輸出電流為5mA，為了防止輸出電流超過限制,，應(yīng)當(dāng)串聯(lián)一個(gè)起保護(hù)作用的電位器RP1,。
圖3 模擬電路接口
3 數(shù)字電路接口設(shè)計(jì)
TLV320AIC10 支持與 TI 5000和6000 系列的無縫接口。TLV320AIC10 通過 McBSP接口與TMS320C6711 DSP相連,，如圖4所示,。
圖4 數(shù)字電路接口
注意，TLV320AIC10采用主模式,，由TLV320AIC10 向TMS320C6711 DSP 提供串行通信頻率 SCLK,。MCLK 提供TLV320AIC10 的工作頻率，包括串行通信頻率SCLK和采樣頻率fs,。串行通信頻率為MCLK 的二分頻,，fs與MCLK關(guān)系如下：fs= MCLK/(256×N)，N = 1,，2...,，32。在本系統(tǒng)中 N為4,，fs為8000,，故MCLK是8.19MHz。
軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是能夠?qū)崟r(shí)輸入語音,、壓縮,，并能把接收到的 G.729A 編碼解壓、播放出來,。事實(shí)上 DSP 要同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)：從外部語音芯片獲取采集數(shù)據(jù),、編碼、解碼,、把解碼后的數(shù)據(jù)送到外部語音芯片播放,。本系統(tǒng)采用 TI BIOS 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了硬件驅(qū)動(dòng)程序和上層應(yīng)用程序,，最后測試了實(shí)現(xiàn)結(jié)果,。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
從實(shí)驗(yàn)仿真中可以得到，重建語音與原始語音的頻率峰值完全相同,，都在468.75Hz,，這表示G.729A的LPC參數(shù)分析和基音頻率估計(jì)是非常正確的，但是重建語音在200Hz,、700Hz 左右有一個(gè)原始語音沒有的波峰,，而且重建語音在800Hz以后的幅度沒有迅速下降。這說明二者還是稍有差別的,。
結(jié)束語
本文對基于DSP的G.729A語音壓縮算法進(jìn)行了嚴(yán)格的測試,，測試結(jié)果表明：(1)算法通過了ITU-T的測試向量，達(dá)到了ITU-T標(biāo)準(zhǔn);(2)本編碼算法對于時(shí)間長度為10ms的一幀語音數(shù)據(jù)編碼需要1.1ms,，解碼需要0.29ms,，完全可以在TMS320C6711 DSP處理器上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)多路語音編解碼。