语音信号扩展(A律).doc

1 语音信号扩展设计要求及原理 1.1 设计要求与目标 通过课程设计对CCS软件有更进一步的了解，充分掌握DSP的设计思想，加深对TMS320C55XDSP的理解与使用，熟悉DSP的编程语言。 技术要求： 语音信号扩展（A律） 接收A律压缩后的数据 对信号进行扩展 输出扩展后的语音信号 1.2 实验设计目的 1、通过本实验掌握DSP片上外设多通道缓冲串行口mcbsp。 2、学习掌握tlc320ad50CODEC编译码器的内部结构、工作原理。 3、学习A律语音压缩以及C语言下的编程方法。 1.3 实验设计原理 1.3.1 语音采集与输出模块 语音采集与输出模块采用的是TI公司推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片TLC320AD50C，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式（二选一），且对输入和输出都具有可编程增益调节。AD50的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma－delta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。与此同时，AD50还具有很低的能耗，回放模式下功率仅为23mW，省电模式下更是小于15uW。由于具有上述优点，使得AD50是一款非常理想的音频模拟I/O器件，可以很好的应用在随声听（如CD，MP3……）、录音机等数字音频领域[2]。由TLC320AD50C组成的语音输入与输出模块不仅采样率高最高可达96K，且外围电路简单，性价比高。 1.3.2 语音编码 （1）概念： 语音编码一般分为两类：一类是波形编码，一类是被称为“声码器技术”的编码。 PCM编码即脉冲编码调制。 波形编码的最简单形式就是脉冲编码调制（Pulse code modulation），这种方式将语音变换成与其幅度成正比的二进制序列，而二进制数值往往采用脉冲表示，并用脉冲对采样幅 度进行编码，所以叫做脉冲编码调制。 （2）量化： 脉冲编码调制用同等的量化级数进行量化，即采用均匀量化，而均匀量化是基本的量化方 式。但是均匀量化有缺点，在信号动态范围较大而方差较小的时候，其信噪比会下降 。 国际上有两种非均匀量化的方法：A律和u律，u律是最常用的一种。在美国，7位u律是长途电话质量的标准。 而我国采用的是A律压缩，而且有标准的A律PCM编码芯片。 （3）DPCMADPCM： 降低传输比特率的方法之一是减少编码的信息量，这要消除语音信号中的冗余度。相邻的语音样本之间存在明显的相关性，因此对相邻样本间的差信号进行编码，便可使信息量得到压缩。因为差分信号比原语音信号的动态范围和平均能量都小。这种编码叫Differential PCM,简称DPCM，即差分脉冲编码调制。 ADPCM即自适应差分脉冲编码调制，是包括短时预测的编码系统。CCITT（国际电报电话咨询委员会）在1984年提出的32 kbit/s的编码器建议就是采用ADPCM作为长途传输中的国际通用语音编码方案。这种ADPCM编码方案达到64 kbit/s PCM的语音传输质量，并具有很好的抗误码性能。 （4）当前压缩算法及压缩技术介绍 压缩算法的介绍 用途 抽样频率(kHz) 压缩标准或系统 压缩技术 码率(kbit/s) 长途电话 8 G.711 G.726 G.728 PCM ADPCM LD-CELP 64 40/32/24/16 16 移动电话 8 GSM IS54/IS95 G.729 RPE/LTP VSELP/QSELP CS-ACELP 13.2 16/8/4/2/1 8 ISDN,会议电视 1 G.722 SB-ADPCM 64/56/48 VCD 32/48 ISO/IEC10149 MPEG1 192/128/96 压缩技术的介绍压缩技术 a. 波形编码：直接对语音时域或频域波形样值进行编码。PCM，ADPCM，SBC，ATC b. 参数编码：对人类语音的生成模型的参数进行编码。 c. 混合编码：结合波形编码和参数编码。MPLPC，RPE/LTP，CELP，VSELP d. 可变速率编码：G.727嵌入式编码 e. 无失真编码。霍夫曼编码 f. ADPCM工作原理 h. 自适应地改变量化幅值 i. 确定好量化幅度的最大值和最小值 （5）A律压缩与扩展 图1.3.1 A律压缩示意图 图是DSP将数据解压的值，DSP将压缩的8位数据解压成16位的DSP通用数据格式，其中高13位为解压后的数据，低3位补0。这是因为6．711的A律压缩只能对13位数据操作。DSP将解压后的数据放在缓冲串口的发送寄存器中，只要运行发送指令，缓冲串口就会将数据发送出去。