基于FPGA的語(yǔ)音信號LPC參數提取算法的實(shí)現

　　關(guān)鍵詞: 部分相關(guān)系數舒爾遞推算法FPGA 并行處理技術(shù)

　　隨著(zhù)語(yǔ)音技術(shù)應用的發(fā)展，越來(lái)越多的語(yǔ)音信號數字處理系統需要按照實(shí)時(shí)方式或在線(xiàn)方式工作，特別在嵌入式系統設計中，對系統的硬件環(huán)境要求更高。隨著(zhù)語(yǔ)音處理算法的日益復雜，用普通處理器對語(yǔ)音信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，已顯得力不從心。本文將采用新一代現場(chǎng)可編程門(mén)陣列FLEX10K系列的FPGA芯片實(shí)現語(yǔ)音信號的LPC分析，并通過(guò)舒爾(Schur)遞推算法，提取語(yǔ)音信號處理中的重要參數――部分相關(guān)系數，即PARCOR系數。

1 LPC分析及舒爾遞推算法

1.1 LPC分析基本原理

　　線(xiàn)性預測分析(LPC)是對一給定的時(shí)域離散線(xiàn)性系統用輸出信號的過(guò)去值的線(xiàn)性組合來(lái)估計即將到來(lái)的輸出值。即某一時(shí)刻n的語(yǔ)音信號的估計值為:

　　按均方誤差最小準則，即LMS算法，可求得預測器最佳預測系數a_i應滿(mǎn)足下列方程組:

這組方程稱(chēng)為L(cháng)PC正則方程，其中R(l)稱(chēng)為自關(guān)函數，它們是進(jìn)行LPC分析的基礎。

1.2 舒爾遞推算法

將正則方程作適當變換，定義一個(gè)變量Q_l^(m)如下:

　其中r(l)=R(l)/R(0)為歸一化自關(guān)函數。

　　根據Q_l^(m)的性質(zhì)和正交定理[1]可證明部分相關(guān)系數K^(m)與Q_l^(m)有下列關(guān)系:

　　由于部分相關(guān)系數K⁽¹⁾～K^(P)與最佳預測系數a₁^(P)～a_P^(P)間存在簡(jiǎn)單對應關(guān)系，因而部分相關(guān)系數K^(m)被廣泛應用于語(yǔ)音識別、語(yǔ)音合成和低速語(yǔ)音編譯器中。