数字信号处理-2.0).doc

一设计任务书及其A/D、D/A转换器进行语音信号的压缩、存储和回放。 1.1设计要求及目标 基本部分： （1）使用DSP实现语音压缩和解压缩的基本算法，算法类型自定，例如可以采用G.711、G.729等语音压缩算法。 （2）采用A/D转换器从MIC输入口实时采集语音信号，进行压缩后存储到DSP的片内和片外RAM存储器中，存储时间不小于10秒。 （3）存储器存满之后，使用DSP进行实时解压缩，并从SPEAKER输出口进行回放输出。 （4）使用指示灯对语音存储和回放过程进行指示。 发挥部分： 使用多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。 1.2设计思路 语音信号的幅度（发音强度）并非均匀分布，由于小信号占的比例比大信号大很多，因此可以进行非均匀量化。达到这一目标的基本做法是，对大信号使用大的量化间隔，而小信号则使用小的台阶。ITU-T G.711建议的PCM A律和μ律语音压缩标准可以分别将13比特和14比特压缩为8比特，达到语音压缩的目的。 二．设计内容 （1）编写C语言程序，并在CCS集成开发环境下调试通过。 （2）实现设计所要求的各项功能。 （3）按要求撰写设计报告。三.3.1设计方案方框图 图3-1 3.2算法原理 3.2.1 语音编码概述 将模拟声音信号转换为数字声音信号需要经过抽样、量化、编码三步。其中，信号采样率就是抽样的频率，A/D转换的位数对应了量化的精度。在DSK系统中这两步是由ADC（板载Codec）来实现的。这种以信号的强度依照同样的间距分成数段，然后用二进制码记录的编码方式称为PCM（脉冲编码调制）。其存储或传输时每秒的数据量为量化位数乘以采样率计算，如对于使用SEED-DSK5402实验板以16-bit采样位数、16000Hz采样率进行数字化后的声音信号一秒钟占用的容量为32kB。 为了在电话线路上传输更多的语音话路，实际应用中还需要对PCM信号进行压缩。压缩编码的方式，是建立在语音信号的特点及统计规律之上的。 首先，人说话的语音信号普遍在3kHz左右，最高基本不超过3.4kHz。其次，根据对大量语音样本的统计，我们知道，在语音信号中小幅度成分出现的概率要比大幅度多得多，因而对大幅度信号采用较低的量化精度，不会对整体效果产生太大的影响，即小幅度信号量化间隔小，大幅度信号的量化间隔大，这种量化方式即非均匀量化。根据以上原理，CCITT在上世纪80年代制订了G.711 A律、μ律编码标准通常又被称为A律PCM或μ律PCM。经过G.711标准编码后语音信号采样率为8kHz，按13段（A律）或15段（μ律）进行8位非均匀量化，每秒的数据量为8-bit×8000=64kbit=8kB。根据相关测试，其8-bit非均匀量化的效果可与13-bit均匀量化的效果相当。 由于相比均匀量化来说，小幅度信号的量化间隔被变小，大幅度信号的量化间隔被拉大，故这种方式又成为压缩扩展（压扩）技术。压扩技术不同之处在于对信号进行非线性量化的时刻不同。在本实验中，由软件在15-bit量化结果上实现。μ率压缩，解压缩编码原理及对应表 G.711的两个标准的压缩扩展特性曲线称为A律和μ律，是CCITT提出的G.711协议PCM编码方式的一部分。国际上，北美和日本使用μ律，欧洲和我国使用A律，两种算法都使用了非线性的量化方式，把量化间隔变换成人耳能检测的线性空间。 其中A律将归一化后的幅度，正负分别分为了8段。如下图所示其中第1段、第2段斜率相同，因而下图的完整版（包含中心对称的正幅值和负幅值部分）常被称为A律13折线。每一段内，再均匀等分为16个量级。因此，总共的量化级数就由原先的215变为2×8×16=28，即256级。在图中也可以直观的看到，其量化间隔在信号幅度小时较信号幅度大时密集许多。同时，G..711标准建议编码后码字要进行偶数位翻转，然后进行传输。 图2 A律限制采样值为12+1比特，将压缩后的格式码定义为PSSSQQQQ ,相当于将正负值输入分成8 个区段(0～7) 。其中P 为符号位，0代表正，1代表负；SSS表示3位高位的区段码；QQQQ表示区段内码，区分不同输入的范围值。这种编码方式使压缩、解压缩变得简洁而有效率。下表为输入值与压缩编码间的关系，其中X 为压缩中舍弃的位，输入值越大，被舍弃的位数就越多，每个输入值有其对应的最高有效位。 其压扩特性的数学表达式如下： μ率除编码位数不同外，原理与A率相似。 3.2.3DSK系统基本结构： 5402 DSK主要包括100MHz VC5402 DSP1个软件等待周期的64K字的外部SRAM存储器，256K字的FLASH存储器，内嵌的并口仿真器，模拟输入/输出音频接口，以及扩展板接口。其结构