第5章 语音信号去噪和编码系统设计.pdf

清远见--嵌入式培训专家： “黑色经典”系列之《DSP 嵌入式系统开发典型案例》 5 章 语音信号去噪和编码系统设计 语音信号处理是一门重要的学科，在数字话音通信、声控打字机、自动语音 翻译、多媒体信息处理等许多方面有重要的应用。语音信号处理目前尚未真正 达到实用的要求，许多问题如高准确率不认人连续语音识别、高自然度语音合 成及高质量低码率语音编码等尚未彻底解决。 。 DSP 交流网： 清远见--嵌入式培训专家： 5.1 语音信号应用概述 语音信号处理在 持设备、移动设备和无线个人设备中的应用正在不断增加。 今天的个人手持设备语音大多时候仅仅局限于语音拨号，但是已经出现了适用 于更广泛开发语音识别和文本到语音应用的技术。语音功能为用户提供自然的 输入和输出方式，它比其他形式的 I/O 更安全，尤其是当用户在开车期间。 在大多数应用中，语音都是键盘和显示器的理想补充。其他潜在的语音应用包 括如下几个方面。 （1）语音电子邮件。包括浏览邮箱、利用语音输入写电子邮件以及收听电子 邮件的读出。 （2 ）信息检索。股票价格、标题新闻、航班信息、天气预报等都可通过语音 从互联网收听。例如，用户不用先进入某个网址并输入股票名字或者浏览预定 义的列表，可以通过语音命令实现。 （3 ）个人信息管理。允许用户通过语音指定预约、查看日历、添加联络信息 等等。 （4 ）语音浏览。利用语音程序菜单，用户可以在网上冲浪、添加语音收藏夹 并收听网页内容的读出。 （5 ）语音导 。在自动和人眼不够用的条件下获取导 的完全语音输入/输出 驾驶系统。 语音去噪是语音信号处理的重要应用之一。实际中，机场噪声声级可达到 123dB，坦克和军用装甲车辆内的噪声声级可达到 125dB，航空母舰和快艇内 的噪声声级可达到128dB，在100Hz 附近甚至达到令人疼痛的程度。在这样的 高噪声背景下，司乘人员很难听到清晰的语音信号，这不仅会酿成事故，甚至 贻 事件。而且长期处于高噪声背景下还易使司乘人员疲劳，造成人员听力损 伤。所以，研究语音去噪算法，就具有十分重要的价值，无论在民用还是在军 用都有非常大的应用前景。 语音信号的传输和存储是语言信号的基本要求。对语音信号的传输，希望是 传输的速度尽量的快，传输的质量尽量的高；对语音信号的存储，希望存储的 空间尽量的小，存储的信息尽量的多。这两个方面的要求，促进了语音编码的 产生。语音编码算法可以解决语音传输和存储的问题。所以，研究语音编码算 法，也具有十分重要的价值，是目前语音信号处理最广泛的算法。 随着数字信号处理算法在DSP 中的实现，很多以前很难实现的语音信号处理 算法都可以在 DSP 中实现。语音信号具有信号频谱较全、采样速度较低、随 机性强、应用场合多、实时性要求高等特点。语音信号的处理包括信号采集、 处理、传输、存储和播放这一系列的处理过程。其中，语音信号的采集、传输 和播放属于对语音信号的控制，其处理过程满足一定的标准操作即可；而语音 DSP 交流网： 清远见--嵌入式培训专家： 信号的处理和存储与应用对象有很大的联系，不同的应用对象所要求的处理算 法和存储算法不同。本案例介绍语音信号的采集和播放、语音信号的去噪算法、 语音信号的解压缩算法。 5.2 案例要求和应用对象 案例要求如下。 （1）使用DSP 实现语音信号的采集，然后将语音信号存储到DSP 的内部RAM 中，最后实现语音信号的播放。 （2 ）使用DSP 实现语音信号的 律和A 律压缩。 （3 ）实现语音信号的去噪算法。 （4 ）实现对语音信号的线性增量调制算法（CVSD，Continuously Variable Slope Delta ）编码以及相应的解码算法。 根据案例要求，使用TI 公司的C54 系列DSP 做为系统核心处理器。为了简 化系统设计，将音频AD 和DA 集成在一个芯片上实现，为此选择TI 公司的 TLC320AD50 芯片，可以实现对语言信号和音乐信号的采集和播放。整个系统 的结 如图5.1 所示。 图5.1 系统硬件结