基于DSP的多路語(yǔ)音實(shí)時(shí)采集與壓縮處理系統設計

3　多路語(yǔ)音實(shí)時(shí)壓縮處理

3．1　壓縮算法
　　
考慮到壓縮率的要求和實(shí)時(shí)的要求，在本系統中采用13 Kb／sRPE－LTP－LP編解碼算法［GSM］，該算法的特點(diǎn)是在模型編碼算法中較為簡(jiǎn)單，語(yǔ)音質(zhì)量高達到了通信等級，同時(shí)具有較高的壓縮率。該算法的編碼算法包括以下幾個(gè)主要部分：

3．1．1　預處理部分
　　
去除原始語(yǔ)音信號S0（n）中的直流分量得到S0f（n），再通過(guò)一階的FIR濾波器進(jìn)行高頻預加重，得到信號S（n）。

3．1．2　LPC分析
　　
按每160個(gè)樣本點(diǎn)將信號S（n）進(jìn)行分幀，對每幀數據計算出8個(gè)LPC反射系數γ（i），i＝0，1，2，…，7；再轉換成對數面積比參數LAR（i），i＝1，2…7；并對所得的LAR（i）進(jìn)行量化編碼得到LARC。

3．1．3　短時(shí)分析濾波
　　
短時(shí)分析濾波是一個(gè)8級格型濾波器，通過(guò)短時(shí)分析濾波，得到線(xiàn)性預測（LP）余量d（n）。

3．1．4　長(cháng)時(shí)預測
　　
利用長(cháng)時(shí)預測綜合對LP短時(shí)余量信號d（n）處理以進(jìn)一步的去除冗余度。長(cháng)時(shí)預測是按子幀進(jìn)行處理的，每一幀分成4個(gè)子幀。
3．1．5　規則脈沖編碼
　　
對經(jīng)過(guò)短時(shí)、長(cháng)時(shí)預測后得到的LP余量信號，進(jìn)行加權濾波、規則脈沖提取和量化編碼。

在本系統的DSP上該算法實(shí)時(shí)實(shí)現性能如下：
·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　　
·占用數據RAM 1 KWORD

3．2　多路語(yǔ)音實(shí)時(shí)壓縮處理的軟件實(shí)現
　　
由于實(shí)時(shí)實(shí)現13 Kb／sRPE－LTP－LP編碼算法只占用了DSP的3MIPS的運算量，而解碼運算量為0．7 MIPS故在本系統的具有33 MIPS的運算速度的DSP上，可軟件實(shí)時(shí)實(shí)現多達10通道的13Kb／sRPE－LTP－LP編碼算法和1通道的解碼算法。同時(shí)，還有2MIPS的運算速度用于系統控制與管理。根據本系統的要求，已成功實(shí)現了8通道的13Kb／sRPE－LTP－LP編碼算法和1通道的解碼算法。因此，本系統的DSP在完成要求的多路語(yǔ)音采集與壓縮處理任務(wù)的條件下，還有一定的處理能力用于系統其它的擴展處理上。本系統的多路語(yǔ)音實(shí)時(shí)壓縮處理的系統軟件框圖如圖2所示。

　
由圖2可以看出，軟件設計主要包括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(yǔ)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(guò)IDMA口發(fā)來(lái)的各種命令，如發(fā)送或接收編解碼數據、設置PC機與DSP的數據傳輸數據量的大小、查詢(xún)編解碼狀態(tài)以及啟動(dòng)，停止編解碼操作等。該模塊不直接與PC機打交道，而是通過(guò)接口功能模塊，間接實(shí)現與主CPU的數據信息交換。

3．2．2　13 Kb／sRPE－LTP－LP編解碼模塊
　　
該模塊是一個(gè)單通道13 Kb／sRPE－LTP－LP語(yǔ)音編解碼模塊。它是本系統的語(yǔ)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(gè)ADSP－2100系列語(yǔ)言庫，可與任何其它ADSP－2100系列模塊相連。

3．2．3　多通道語(yǔ)音編解碼控制模塊
　　
該模塊基于單通道13 Kb／sRPE－LTP－LP語(yǔ)音編解碼模塊，實(shí)現多通道語(yǔ)音編碼和單通道語(yǔ)音解碼。對于多通道語(yǔ)音編碼，一方面，當某通道采集到一幀160點(diǎn)的語(yǔ)音數據時(shí)，調用語(yǔ)音編碼模塊對該幀進(jìn)行編碼，并將編碼后的語(yǔ)音數據按約定的格式存放到各通道的編碼數據緩沖區中；另一方面，由于語(yǔ)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據和狀態(tài)進(jìn)行保存，以及在調用語(yǔ)音編碼模塊對當前幀進(jìn)行編碼前，恢復上一幀編碼后的數據和狀態(tài)。對于單通道語(yǔ)音解碼，則只需在接收到由PC機傳送來(lái)的壓縮數據后，調用解碼模塊，然后將解碼后的160點(diǎn)語(yǔ)音數據送到D／A的串口1發(fā)送緩沖區。

3．2．4　接口功能模塊
　　
該模塊實(shí)現DSP與PC機的數據的實(shí)際交換工作，同時(shí)也實(shí)現DSP的數據采集與控制。由于它是軟件設計中唯一與硬件相關(guān)的模塊，故該模塊在設計上盡量與其它模塊獨立。這樣，當硬件有所改變時(shí)，可不必改變其他模塊。

4　結　論
　　
本系統由于采用了DSP技術(shù)，使得多路語(yǔ)音的采集和壓縮處理得以實(shí)時(shí)實(shí)現。同時(shí)還使系統具有較高的可編程性能?；谠撓到y的某語(yǔ)音記錄儀已經(jīng)通過(guò)省、部級的鑒定。本系統的成功設計說(shuō)明數據采集與處理系統采用基于DSP技術(shù)，將大大提高系統的高速數據的實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)處理的能力。而且，當今的DSP的處理速度和數據管理能力還在迅速地提高，其價(jià)格也降到能應用于一般的應用場(chǎng)合。如ADSP－21061，40 MIPS的運算速度，10個(gè)DMA控制器，40位浮點(diǎn)運算精度，數據管理能力可達240Mbytes／s，其售價(jià)也只有30～40美元。因此，開(kāi)發(fā)和研究基于DSP技術(shù)的數據采集與處理系統具有重要的實(shí)際意義。