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基于DSP的多路語音實時采集與壓縮處理系統(tǒng)

作者: 時間:2012-08-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/257316.htm

3 多路實時

3.1 壓縮算法
  
考慮到壓縮率的要求和實時的要求,在本系統(tǒng)中采用13 Kb/sRPE-LTP-LP編解碼算法[GSM],該算法的特點是在模型編碼算法中較為簡單,質(zhì)量高達到了通信等級,同時具有較高的壓縮率。該算法的編碼算法包括以下幾個主要部分:

3.1.1 預處理部分
  
去除原始信號S0(n)中的直流分量得到S0f(n),再通過一階的FIR濾波器進行高頻預加重,得到信號S(n)。

3.1.2 LPC分析
  
按每160個樣本點將信號S(n)進行分幀,對每幀數(shù)據(jù)計算出8個LPC反射系數(shù)γ(i),i=0,1,2,…,7;再轉(zhuǎn)換成對數(shù)面積比參數(shù)LAR(i),i=1,2…7;并對所得的LAR(i)進行量化編碼得到LARC。

3.1.3 短時分析濾波
  
短時分析濾波是一個8級格型濾波器,通過短時分析濾波,得到線性預測(LP)余量d(n)。

3.1.4 長時預測
  
利用長時預測綜合對LP短時余量信號d(n)處理以進一步的去除冗余度。長時預測是按子幀進行處理的,每一幀分成4個子幀。
3.1.5 規(guī)則脈沖編碼
  
對經(jīng)過短時、長時預測后得到的LP余量信號,進行加權(quán)濾波、規(guī)則脈沖提取和量化編碼。

在本系統(tǒng)的上該算法實時實現(xiàn)性能如下:
·碼流速率13 Kb/s
·編碼運算量 3 MIPS
·解碼運算量 0.7 MIPS
·程序量 2 KWORD  
·占用數(shù)據(jù)RAM 1 KWORD

3.2 多路語音實時的軟件實現(xiàn)
  
由于實時實現(xiàn)13 Kb/sRPE-LTP-LP編碼算法只占用了的3MIPS的運算量,而解碼運算量為0.7 MIPS故在本系統(tǒng)的具有33 MIPS的運算速度的上,可軟件實時實現(xiàn)多達10通道的13Kb/sRPE-LTP-LP編碼算法和1通道的解碼算法。同時,還有2MIPS的運算速度用于系統(tǒng)控制與管理。根據(jù)本系統(tǒng)的要求,已成功實現(xiàn)了8通道的13Kb/sRPE-LTP-LP編碼算法和1通道的解碼算法。因此,本系統(tǒng)的DSP在完成要求的多路語音采集與任務的條件下,還有一定的處理能力用于系統(tǒng)其它的擴展處理上。本系統(tǒng)的多路語音實時壓縮處理的系統(tǒng)軟件框圖如圖2所示。


 
由圖2可以看出,軟件設(shè)計主要包括4大部分:

·命令解釋與控制模塊
·13 Kb/sRPE-LTP-LP編解碼模塊
·多通道語音編解碼控制模塊  
·接口功能模塊

3.2.1 命令解釋與控制模塊
  
命令解釋與控制模塊主要是用于解釋由PC機通過IDMA口發(fā)來的各種命令,如發(fā)送或接收編解碼數(shù)據(jù)、設(shè)置PC機與DSP的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量的大小、查詢編解碼狀態(tài)以及啟動,停止編解碼操作等。該模塊不直接與PC機打交道,而是通過接口功能模塊,間接實現(xiàn)與主CPU的數(shù)據(jù)信息交換。

3.2.2 13 Kb/sRPE-LTP-LP編解碼模塊
  
該模塊是一個單通道13 Kb/sRPE-LTP-LP語音編解碼模塊。它是本系統(tǒng)的語音壓縮處理的核心部分,為使該模塊具有通用性,為該模塊單獨形成一個ADSP-2100系列語言庫,可與任何其它ADSP-2100系列模塊相連。

3.2.3 多通道語音編解碼控制模塊
  
該模塊基于單通道13 Kb/sRPE-LTP-LP語音編解碼模塊,實現(xiàn)多通道語音編碼和單通道語音解碼。對于多通道語音編碼,一方面,當某通道采集到一幀160點的語音數(shù)據(jù)時,調(diào)用語音編碼模塊對該幀進行編碼,并將編碼后的語音數(shù)據(jù)按約定的格式存放到各通道的編碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中;另一方面,由于語音的模型編碼是前后幀相關(guān)聯(lián)的,所以該模塊還必須將當前通道的當前幀編碼后的必須保存的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進行保存,以及在調(diào)用語音編碼模塊對當前幀進行編碼前,恢復上一幀編碼后的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。對于單通道語音解碼,則只需在接收到由PC機傳送來的壓縮數(shù)據(jù)后,調(diào)用解碼模塊,然后將解碼后的160點語音數(shù)據(jù)送到D/A的串口1發(fā)送緩沖區(qū)。

3.2.4 接口功能模塊
  
該模塊實現(xiàn)DSP與PC機的數(shù)據(jù)的實際交換工作,同時也實現(xiàn)DSP的數(shù)據(jù)采集與控制。由于它是軟件設(shè)計中唯一與硬件相關(guān)的模塊,故該模塊在設(shè)計上盡量與其它模塊獨立。這樣,當硬件有所改變時,可不必改變其他模塊。

4 結(jié) 論
  
本系統(tǒng)由于采用了DSP技術(shù),使得多路語音的采集和壓縮處理得以實時實現(xiàn)。同時還使系統(tǒng)具有較高的可編程性能。基于該系統(tǒng)的某語音記錄儀已經(jīng)通過省、部級的鑒定。本系統(tǒng)的成功設(shè)計說明數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采用基于DSP技術(shù),將大大提高系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)的和實時處理的能力。而且,當今的DSP的處理速度和數(shù)據(jù)管理能力還在迅速地提高,其價格也降到能應用于一般的應用場合。如ADSP-21061,40 MIPS的運算速度,10個DMA控制器,40位浮點運算精度,數(shù)據(jù)管理能力可達240Mbytes/s,其售價也只有30~40美元。因此,開發(fā)和研究基于DSP技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)具有重要的實際意義。


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