基于DSP改进的RPELTP语音编码算法的研究.pdf
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基于DSP改进的RPELTP语音编码算法的研究.pdf
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第20卷第6期2008年12月重庆邮电大学学报(自然科学版)JournalofChongqingUniversityofP0stsandTVO120NO6(NaturalScienceEdition)Dec2008基于DSP改进的RPELTP语音编码算法的研究何琴,李小文(1重庆邮电大学计算机科学与技术学院,重庆400065;2重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆400065)摘要:
为了压缩语音信号的传输带宽,采用ADPCM方式改进了RPE一P语音编码算法的规则脉冲激励编码部分,使编码速率从13kbits降为9kbits。
为减小编解码运算复杂度,提出了一种将改进的RPE一P算法在TMS320C55xDSP上实时实现的方法,对算法实行编译器级、c语言级和汇编级3级优化,使其在C55x上实时实现的速度达到563MCPS(百万周期每秒)。
实验结果证明改进后的算法仍然保持了很高的语音合成品质。
关键词:
ADPCM;RPELTP;DSP,优化中图分类号:
TN9112文献标识码:
A文章编号:
1673825X(2008)06-0659-04ResearchonimprovedRPE-LTPspeechcodingalgorithmbasedonDSPHEQinLIXiaowen(1CollegeofComputerScienceandTechnology,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,PRChina;2CollegeofCommunicationandInformationEngineering,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065,PRChina)Abstract:
Inordertocompressthetransmissionbandwidthofspeechsignal,theregularpulseexcitationcodingofRPELTPspeechcodingalgorithmisoptimizedbyusingADPCMtoreducethecodingratefrom13kbisto9kbitsTheimprovedalgorithmhasbeenoptimizedtoreal-timeimplementontheTMS320C55xgenerationDSPbyperformingcompiler-leveloptimizationClanguageleveloptimizationandassemblyleveloptimizationThespeedoftheoptimizedRPEmalgorithmis563MCPSinTMS320C5510ExperimentalresultsshowthattheoptimizedRPE一Palgorithmhasahighre-constructedspeechqualityKeywords:
ADPCM;RPEIJrrP;DSP;optimizationU刖吾随着信息社会和通信技术的高速发展,频率资源变得愈加宝贵。
因此,压缩语音信号的传输带宽一直是人们追求的目标,语音编码在实现这一目标的过程中担当着重要角色。
1982年起,欧洲蜂窝移动通信特别小组(GSM)开始研究制定900MHz泛欧数字蜂窝系统标准。
1985年IEEEICASSP年会上提出了RPE-LPC(规则脉冲激励一线性预测)算法,而后在RPELPC中加人了长时预测,形成了RPELTP(规则脉冲激励一长时预测)算法。
RPE一收稿日期:
2008-0612修订日期:
20081013基金项目:
科技型中小企业技术创新基金(04C26215111366)IJTP在1988年被确定为泛欧标准全速率语音编码方案,称为GSM标准。
RPELTP压缩倍律为5倍,传输码率为13kbits,为了进一步提高其压缩倍律,增加带宽利用率,本文提出了改进的RPELTP算法,使其传输码率降为9kbits,并在OMAP1612平台上实现了该算法,实验证明,改进的算法在降低编码速率的同时保证了语音质量。
1RPE-LTP语音编码算法原理RPELTP语音编码器原理框图如图1所示。
RPELTP语音编码器对语音信号进行压缩编码时,输入信号按帧读人,帧长为20ms,在8kHz采样率时包含160个样本值。
图1中,首先对输人信号进行预处理,处理结果用来分析确定短时分析滤波器重庆邮电大学学报(自然科学版)第20卷的系数。
用这些系数构造逆滤波器,滤波160个信号取样点得到160个点的短时残差信号。
在接下来的处理里,语音帧被分成4个子帧,每个子帧包含40个短时残差信号值。
在对子帧处理之前,先根据当前子帧和以前的120个短时重构残差信号,估计和修改IJTP分析块中的长时分析滤波参数、LTP延迟和LTP增益。
40个长时残差信号可以通过从短时残差信号中减去40个短时残差信号的估值得到,然后经过规则脉冲激励分析,由规则激励分析完成RPELPC算法的基本压缩功能。
d反射勰露比编码短时残差长时残差f40个样点)预测短时残差(40个样点重构短时残差f40个样点量化的长时残差f40个样)L点1I哆ms图1RPE一P语音编码器原理图Fig1PrinciplesdiagramofRPE一Pencoder2RPE-LTP算法的改进GSM标准中,规则脉冲激励编码采用APCM对所选的规则脉冲序列进行量化编码。
规则脉冲序列由13个样点
(2)组成,先找出I(n)I最大的,对用6bit对数量化编码得到,对Xmaxc解码后得到,用来对13个非零样值作归一化处理得到(n),即舯、(n)=,n:
0,12
(1)然后,用3bit均匀量化(凡),每帧需要180bit对脉冲序列进行编码。
由于每个样本信号的位数太大,直接对输入信号的幅值进行量化编码时,耗用资源较多。
在保证语音质量的前提下,本文采用ADPCM方式加以改进。
对实际的规则脉冲与预测的规则脉冲之差进行编码,每个样值仅用2bit进行编码。
每帧用104bit对脉冲序列进行编码,使编码速率从13kbits降为9kbits,同时也降低了耗用资源数量。
ADPCM编码原理图如图2所示。
首先,将入选的RPE序列
(2)与预测值(n)相减得到二者的差值信号d
(2)=(n)一(n)
(2)图2ADPCM编码原理图Fig2PrinciplesdiagramofADPCMencoding将差值信号进行自适应量化,为便于进行自适应运算,采用引入量化因子Y(7,)(由量化因子计算模块产生)的方法。
为避免进行除法运算,将差值信号的归一化运算在对数域上进行,即:
d
(2)=lb(d
(2)一Y(n)(3)用2位二进制数编码d(n),1位表示幅度,1位表示符号。
这2位量化器输出,(n),形成16kbits输出信号。
同时,()也反馈到逆自适应量化器。
其中,量化因子Y(n)由(4)式计算得出。
、(124)y(n一1)+22744f,(n)f=1【(12-5)y(n一1)+2(一138)I,(n)I=0(4)逆自适应量化器根据量化因子Y(凡),把,(n)进行逆量化,并把结果转换到非对数域,得到差值信号的逆量化值。
d(n):
l1
(2)I=1(5)通过量化差值信号d(n)计算预测信号(n),采用6阶零点、2阶极点的预测器。
预测信号为2Ce
(2)=ai(n一1)(n一)+Xez(n)(6)Xez()=bi(一1)n)(7)(6)式中:
(ni)为(i)的重构信号,它由预测值加上差值信号的逆量化值得到RPE序列(i)的重构信号,重构信号定义为(ni)=(ni)+d。
(n)(8)得到的预测信号作为差值信号计算模块的输入,这样就完成了反馈环路。
3改进的RPE-L11P在C55x上的实现参照GSM标准,用C语言实现的原始RPELTP算法性能不理想,而改进后的算法运算速度又第6期何琴,等:
基于DSP改进的RPELTP语音编码算法的研究661进一步下降。
为了能充分利用C55x的资源提高代码运行速度,需对算法实行优化。
31编译器级优化C55x编译器中的优化器提供了多级优化选项J,针对不同的应用程序采用不同的优化选项。
在优化中使用以下3个选项:
程序级优化选项“一
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- 基于 DSP 改进 RPELTP 语音 编码 算法 研究