单片DSP 实现G.729A 语音编解码器

kandy2059 2008-8-4 10:58 楼主

国际电信联盟（ITU）于1995 年11 月推出的建议G.729 称作" 共轭结构代数码本激励线性预测编码方案"（CS －ACELP）。它将64kbps 的PCM 信号压缩到8kbps，是当前较新的语音压缩国际标准。其简化方案G.729A 进一步降低了计算的复杂度。G.729 和G.729A 具有非常好的性能，在良好的信道条件下达到了长话质量，在有随机比特误码、发生帧丢失和多次转接等情况下有很好的稳健性。因此，该标准有广泛的应用前景。 ---- G.729 编解码原理
---- G.729 算法以码本激励线性预测（CELP）方法为基础。CELP 算法综合了波形编码和参数编码的优点，以自适应预测编码技术为基础，采用了矢量量化、合成分析和感觉加权等技术。
---- G.729 对CELP 算法作了进一步的完善。编码器（见图1）对10ms 长的语音帧进行处理，每帧分为2 个子帧。输入语音首先要在预处理模块中经过高通滤波和幅度压缩变换。每帧进行一次线性预测（LP）分析，并将LPC 参数转换到线谱对（LSP）形式进行预测式2 阶段矢量量化（VQ）。然后使用分析合成法，按照合成信号和原始信号间的感觉加权失真最小的准则来提取的激励参数。激励参数（包括固定码本和自适应码本参数）要每子帧（5ms）计算一次。每帧要利用感觉加权语音进行一次开环的基音延时的估计。然后进行闭环的基音分析，确定自适应码本的延时和增益。然后再进行固定码本的搜索。固定码本是基于一种代数码本结构，使用交织单脉冲排列设计。在G.729A 中采用迭代式深度优先树形搜索算法。这种算法的运算量比较小，并且具有固定的预算复杂度。比较有利于DSP 实现。自适应码本和固定码本的增益采用了预测式两阶段共轭结构码本进行矢量量化。
---- 图2 显示了解码算法的框图。首先要从码流中提取LSP 系数、两个分数基音延时、两个固定码本矢量以及2 套自适应码本和固定码本增益等参数。然后，对LSP 系数进行插值并转换到线性预测滤波器系数的形式。接下来，按照下面的步骤先后合成两个子帧的信号：1. 将自适应码本矢量和固定码本矢量乘以各自的增益并相加求得激励信号；2. 使激励信号通过线性预测合成滤波器获得合成语音。最后对合成语音进行后处理。包括一个用来提高合成语音质量的基于长时和短时合成滤波器的自适应后滤波器和一个高通滤波器。
---- 在DSP 上实时实现G.729A
---- 我们使用TI 公司'C2xx 系列DSP 芯片来实现G.729A 算法并加入回声抵消和自主同步的功能。'C2xx 系列的DSP 芯片的价格非常便宜，且代码和'C5x， 'C54x 系列兼容，可以利用转换程序自动移植。这一系列的F206 芯片具有32k 字Flash Memory 和4k 字RAM 可以满足程序的全部内存要求，实现单片的语音编解码器。
---- 按照功能可将实时语音编解码器划分成图3 所示的几个模块。各个模块的功能如下：
---- 1. 同步控制模块
---- 同步控制模块负责管理各个缓冲区对外的数据收发，在数据准备好时调用相应的模块对数据进行及时的处理。保证缓冲区数据与模块运行的同步，以及各个模块之间的同步关系。并保证通信双方之间的同步。
---- 2. 编码器/ 解码器模块
---- 编码器/ 解码器模块完成编码、解码的功能，并将编解码器的输出数据写入相应的缓冲区。
---- 3. 回声抵消器模块
---- 回声抵消模块的输入是64kbps 信道的一帧输入数据和以前解码器输出的一段合成语音。回声抵消器利用解码器输出的合成语音信号对一帧输入信号进行回声抵消，然后将抵消掉回声的一帧输入语音信号提供给编码器作为输入信号。
---- 在单片TMS320F206 芯片上实现G.729A 标准，具有以下特点：
---- 1. 兼容性
---- G.729A 算法的这一DSP 实现严格按照G.729A 标准，与标准比特兼容，通过了全部测试序列。
---- 程序与TMS320C5x 信号TMS320C54x 系列兼容，移植方便。
---- 2. 运算量
---- 在不加入回声抵消的情况下，编解码器的运算量约为22MIPS（使用TMS320F206 芯片）。
---- 3. 存储量
---- G.729a 算法所用的存储量是比较大的，具体情况见表1。另外，全部程序和数据表格分别要占用9211 字和2854 字的程序区ROM。

表1 程序存储量（单位：字）