实现语音压缩算法的高速硬件平台概要
声音压缩典型方法及原理
声音压缩典型方法及原理1. 声音压缩是一种音频信号处理技术，用于减少音频信号的动态范围并增加整体响度。
2. 动态范围是指音频信号中最大和最小幅度之间的差异。
声音压缩通过减小这种差异来提高音频信号的可听性。
3. 声音压缩的主要原理是对音频信号进行自动增益控制（AGC），根据信号的幅度变化调整增益。
4. 自动增益控制通过设置阈值来确定何时启动增益调整。
当信号的幅度超过阈值时，增益被降低以减小动态范围。
5. 增益的调整是通过压缩比来实现的，压缩比是指输入信号的变化与输出信号变化之间的比例关系。
6. 压缩比越高，输出信号的动态范围就越小，音频信号的差异也就越小。
7. 压缩比通常以分贝（dB）为单位进行表达，比如 4:1 的压缩比表示输出信号每增加 4 分贝，输入信号只增加 1 分贝。
8. 压缩比大于 1:1 的情况下，被压缩的音频信号通常会失去部分动态范围，从而产生所谓的“压缩效果”。
9. 压缩效果可以使音频信号更具聚焦性，使细节更加清晰，但过度压缩可能导致音频信号变得平淡无力或产生副作用，如失真或噪音增加。
10. 声音压缩常用的算法之一是均衡压缩算法，它根据输入信号的频谱特征自适应地调整增益。
11. 均衡压缩算法将输入信号分成多个频带，并在每个频带上应用独立的压缩参数。
12. 这种算法可确保在音频信号的各个频段上获得更平衡的增益调整，从而提供更好的音频质量。
13. 另一种常见的压缩方法是峰值限制器，它主要用于防止音频信号过载。
14. 峰值限制器通过将超过某个设定阈值的信号限制在该阈值以内，从而防止信号超载，并保持输出信号处于可接受的范围内。
15. 除了阈值和压缩比，声音压缩中常用的参数还包括攻击时间、释放时间和输出增益等。
16. 攻击时间指的是从输入信号超过阈值到压缩开始生效的时间，攻击时间越短，压缩器的反应越快。
17. 释放时间指的是当输入信号低于阈值时，压缩器停止工作并返回到原始增益水平所需的时间。
基于BF561的G.729语音压缩的实现
基于BF561的G.729语音压缩的实现【摘要】介绍了G.729语音编解码的原理及其DSP BF561性能特点，同时介绍了系统的软硬件设计，实现了在CAN总线上进行低速率语音传输的功能。
结果表明，本系统性能良好。
【关键词】DSP G.729 CAN总线1 引言中国是煤矿大国，煤矿安全是重中之重，如何保持井下实时通信，是保障井下安全重要环节。
目前现有煤矿通信系统主要两种：一种是调度电话；另一种是井下局部扩音电话系统。
对于数字通信方式，目前国内主要采用CAN总线来实现煤矿语音系统，和其他通信方式相比，具有较好的实时性、可靠性和灵活性。
但采用CAN通信传输距离受到带宽严格限制，因此采用语音压缩方式降低通信带宽是本文主要内容。
2 G.729语音编解码算法G.729语音编解码是基于码激励线性预测的编码模式，对输入信号的每80点定义为一个语音帧，分为2个子帧，对每帧的语音信号进行分析，获取相关的语音帧参数包括LPC参数，固定码本和自适应码本矢量序号及其增益，按照一定的顺序对其进行编码送入信道。
接收方对接收到的编码比特流进行解码，获得10ms语音帧对应的编码参数，重构语音信号，产生高质量的话音。
2.1 编码原理通过麦克风采集模拟信号，利用16位的AD以8HZ频率采样，量化成16bit 线性PCM信号，此时开始将128kbs的语音信号以G.729压缩方案进行压缩，G.729压缩算法结构如图1所示。
首先，将PCM数据进行预处理，主要有两功能：（1）采用截止频率为140HZ 的零点/极点滤波器，消除低频和直流信号影响。
（2）信号定标，幅度减半，减小数据上溢概率。
预处理后的信号进行LPC线性预测分析、量化、内插得到线性预测系数即获得LPC信息。
LPC信息将用于合成滤波器和加权滤波器的构建。
激励信号由LPC系数构造的合成滤波器后生成重构信号，重构信号与预处理后信号相减得到残差信号。
自适应码搜索前需进行基音分析，跟据听觉系统改变语音频谱，构成反馈回路，由加权残差信号均方差最小的原则确定激励信号及增益。
人声的压缩应用原理图
人声的压缩应用原理图概述人声的压缩应用是指通过特定的算法和技术对人声进行压缩处理，从而将其尺寸减小并在存储和传输过程中保持较高的质量。
本文将介绍人声压缩应用的原理图，包括声音采集、数字化、压缩算法等环节。
声音采集人声的压缩应用首先需要对声音进行采集。
声音采集系统通常包括以下组件：- 麦克风：用于将声音转换成电信号。
- 硬件接口：将麦克风输出的电信号转换成数字信号，常见的接口有模拟-数字转换芯片（ADC）。
- 控制逻辑：处理硬件接口的数据，并将其传递给压缩算法。
数字化采集到的声音信号是模拟信号，需要经过数字化处理才能被压缩。
数字化的主要步骤包括： - 采样：将连续的模拟声音信号转换成离散的数字信号。
采样频率决定了声音信号每秒的采样次数，常见的采样频率有8kHz、16kHz、44.1kHz等。
-量化：将采样得到的数字信号映射到有限的离散值中，以表示声音的振幅。
量化的位数决定了声音信号的分辨率，通常采用16位。
压缩算法压缩算法是人声压缩应用的核心，它可以利用声音信号中的冗余和不可察觉的特性，将原始信号压缩到更小的尺寸。
常见的压缩算法包括： - 基于转换的压缩：利用离散余弦变换（DCT）等技术将声音信号转换到频域，通过舍弃低频分量或使用变换系数的量化表来实现压缩。
- 预测编码：通过建立声音信号中的预测模型，并只传输预测误差来实现压缩。
常见的预测模型有线性预测模型（LPC）等。
压缩比率压缩比率是衡量压缩算法性能的指标，它表示压缩之后的数据尺寸与原始数据尺寸的比值。
常见的压缩比率单位有： - 无损压缩：压缩比率为1，表示压缩后的数据尺寸与原始数据尺寸相等。
- 有损压缩：压缩比率小于1。
压缩比率越小，意味着经过的压缩算法对原始数据的改变越大。
解压缩解压缩是人声压缩应用的最后一步，在接收端将压缩的声音信号恢复成原始的模拟信号。
解压缩的主要步骤包括： - 解码：将压缩的声音信号转换成数字信号，恢复压缩前的量化值。
《语音压缩编码》课件
语音识别系统
通过识别语音信号转换成文 本等形式，需要高保真的语 音编码技术进行前置处理。
人机交互系统
通过通过语音查询、控制等 实现与计算机的快速交互， 需要对语音信号进行实时压 缩和解码。
结论
1 语音信号压缩编码是必要的，并需要根据应用场景选择合适的编码标准。 2 码率、信噪比和时延是综合评价语音编码效果的重要指标，需要综合考虑。
语音信号的时间相关性
相邻样本之间存在时间相关 性，连续的语音信号形成音 节和语调等。
语音信号的压缩编码方法
线性编码(LPC)
基于线性预测理论， 通过线性分析和合成 方法压缩语音信号。
算术码
将原始语音信号映射 到符号集合中，并给 每个符号分配一个码 字。
预测编码
通过矢量量化等方法 对语音信号进行预测 和压缩。
8kHz 16位[CS-ACELP]，在保证高质量的同时大幅 节省带宽。
语音编码的评价指标
码率
描述每秒传输的比特数，也是 压缩质量和时延的重要指标。
信噪比
衡量语音信号经过压缩编码后 与原始信号的一致性。
时延
描述信号经过编码后的延迟程 度，对于双向通信系统尤为重 要。
应用案例
通讯系统
通过语音通话实现远程交流， 需要合适的压缩编码技术保 证通话质量。
语音压缩编码
本次课程将为大家介绍语音压缩编码的基本原理、方法和应用，并着重介绍 不同编码标准的应用场景和评价指标。
概述
1 什么是语音压缩编码? 2 为什么需要语音压缩 3 语音压缩编码的基本
语音压缩编码是将模拟语
编码?
原理
音信号数字化后，根据人
压缩后的语音信号便于传
基于声学原理和信息理论，
语音信号压缩编码原理及应用
语音信号压缩编码原理及应用随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。
语音是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式，是人们思想疏通和情感交流的最主要途径。
在实际的语音通信中，有些信道难以扩宽且质量很差；有些信道正被广泛使用，短期内难以更新；有些昂贵的信道，每压缩一个比特都意味着节省开支。
因此，语音压缩编码无疑在语音通信及人类信息交流中占有举足轻重的地位。
语音编码就是将模拟语音信号数字化，数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理，可以充分利用数字信号处理的各种技术。
为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽，还需要对数字化之后的语音信号进行压缩编码，这就是语音压缩编码技术。
一，语音压缩编码技术的发展自从1937年A.H.Reeves提出脉冲编码调制(PCM)以来，语音编码技术已有60余年的发展历史。
尤其近20年随着计算机和微电子技术的发展语音编码技术得到飞速发展。
CCITT于1972年确定64kb/sPCM语音编码G.711建议，它已广泛的应用于数字通信、数字交换机等领域，至今，64kb/s的标准PCM系统仍占统治地位。
这种编码方法可以获得较好的语音质量但占用带宽较多，在带宽资源有限的情况下不宜采用。
CCITT于80年代初着手研究低于64kb/s的非PCM编码算法，并于1984年通过了32kb/sADPCM语音编码G.721建议，它不仅可以达到PCM相同的语音质量而且具有更优良的抗误码性能，广泛应用于卫星，海缆及数字语音插空设备以及可变速率编码器中。
随后，于1992年公布16kb/s低延迟码激励线性预测（LD-CELP）的G.728建议。
它以其较小的延迟、较低的速率、较高的性能在实际中得到广泛的应用，例如：可视电话伴音、无绳电话机、单路单载波卫星和海事卫星通信、数字插空设备、存储和转发系统、语音信息录音、数字移动无线系统、分组化语音等。
硬件数据压缩算法的研究与实现
硬件数据压缩算法的研究与实现随着信息技术的飞速发展和数据量的不断增大，数据的存储和传输成为了一个重要的挑战。
尤其是在计算机领域，数据的压缩成为了一项必要的技术。
硬件数据压缩算法是目前数据压缩中备受关注的一种方法。
本文主要介绍硬件数据压缩算法的研究与实现。
一、硬件数据压缩算法的概念硬件数据压缩算法是在硬件实现的基础上对数据进行压缩的一种技术。
相比于软件实现，硬件实现可以充分利用硬件的并行处理能力和高速缓存，提高数据压缩的效率和速度。
在计算机设备、通信系统和数据库等领域得到了广泛应用。
二、硬件数据压缩算法的基本原理硬件数据压缩算法的主要原理是将数据通过逐位分析、预测编码和字典压缩等方法进行压缩。
其中，逐位分析是将数据按位进行分析，将相同的数据位合并为一段，从而减少相同数据位的存储空间。
预测编码是基于数据序列中的局部性原理，通过对当前数据与历史数据之间的相关性进行分析，以减少储存数据的数量。
字典压缩是根据数据序列中出现的频率对数据进行编码，从而达到高效的数据压缩。
三、硬件数据压缩算法的实现硬件数据压缩算法的实现需要借助计算机硬件，如FPGA、ASIC等硬件设备。
具体实现方法包括基于流水线的算法、基于模块化的算法和基于并行处理的算法等。
其中，基于流水线的算法是将算法功能分为多个流水线阶段，每个阶段对数据进行一部分处理，从而实现数据的高效压缩。
基于模块化的算法针对算法复杂度较高的问题提供了一种解决方案，将算法模块化分解，减少算法的复杂度，提高压缩效率。
基于并行处理的算法利用累赘模式，将多个资源作为一个可供使用的资源，同时运行，从而实现多个数据同时压缩的目的。
四、硬件数据压缩算法的优势和应用相比于软件压缩算法，硬件压缩算法具有更好的压缩效率和高速性能。
它可以充分利用硬件资源，减少数据的存储空间和存储成本，提高数据传输效率和速度。
目前，硬件压缩算法已经广泛应用于视频压缩、通信传输、数据存储和图像处理等领域。
例如，智能手机中的图像、音频和视频等数据的压缩，通信领域中的数据传输和存储，云计算中的数据中心等都需要使用硬件数据压缩算法。
基于TMS320C5402的语音压缩与解压缩系统的设计
基于TMS320C5402的语音压缩与解压缩系统的设计摘要：根据TMS320C5402能实现语音压缩与解压缩的特点并结合外围的电路，设计了一个基于DSP芯片和单片机的语音录放系统，主要研究了硬件实现、调试和软件设计流程。
一、设计要求采用DSP芯片TMS320C5402及一些外围器件，设计一个语音压缩与解压缩系统——基于TMS320C5402的语音录放系统。
二、方案论证该系统主要是通过对语音信号进行压缩，以实现高效率数字录音，可用于电话留言、语音应答等场合。
数字录音相比较传统的磁带录音，优点突出，不仅查找速度快，而且对录音信息进行编辑整理也非常方便，更为方便的是数字录音信息可以转存在计算机硬盘等存储设备上以便长期保存。
但是，数字录音的缺点是要实现长时间录音需要很大的存储空间，因此，该系统一方面采用存储量为16MB的单片闪速存储器，另一方面采用2.0Kb／s的速率对语音进行压缩，以达到尽可能好的效果。
三、总体设计整个系统能实现对语音信号转换的功能。
采样芯片MCl4LC5480对语音信号进行采集，由性价比较高的DSP芯片TMS320C5402对语音信号进行处理，通过语音压缩算法实现语音压缩存储，由单片机AT89C51主控制器完成系统的控制和键盘处理、显示等功能。
该系统的工作过程如下：系统加电后，AT89C51复位后控制TMS320C5402复位。
TMS320C5402复位后，通过内部固化的自引导程序(Boot)将存于EPROM的程序和数据搬至高速RAM。
其录音过程是，由话筒将采集的模拟语音信号经A／D转换为要处理的数字信号，并将其存入DSP中的缓存区中，然后TMS320C5402开始运行语音压缩算法，对缓存区的语音信号进行压缩存储；其放音过程与之相反。
整个系统由AT89C51实现录放的控制操作。
四、原理分析1．元件选择1)DSP芯片TMS320C5402是TI公司推出的高性能16位定点DSP。
其高性能和低功耗成为各种无线和有线通信的理想器件。
DSP语音压缩设计
设计报告项目名称：DSP应用系统题目：语音压缩技术研究专业班级：电子信息工程1102 学生姓名：学号：指导教师：2014 年 6 月 5 日目录一、概述 (1)二、研究内容 (1)三、研究方案、算法原理说明 (1)四、程序设计、调试与结果分析 (5)五、总结 (10)参考文献 (11)一、概述当今的通信应该是人与人之间方便快捷、可多种手段实现信息交换的形式。
其中,通过语音传递信息是人类最重要的、最有效和最方便的通信方式,因此语音通信在现代数字通信系统中占有重要的地位。
随着信息社会的快速发展,通信信道资源变得非常宝贵,各种语音压缩编码技术应运而生。
高速数字信号处理器的出现,使得语音编码算法可以实时的实现,并且带动语音压缩技术得到了突飞猛进的发展。
另外,移动通信技术飞速发展,已经越来越深入的渗透到每个人的生活当中,对讲机系统随着移动通信技术也迅速发展着,在公安、交通运输等多个领域得到广泛的应用。
低速率语音编码以及在此基础上的数字对讲机技术已成为数字通信中的一个重要的研究领域。
本文首先介绍了一种多带激励语音(MBE)低速率编码算法,这种算法在很大范围内改善了解码合成后的语音质量,而算法的复杂度并没有明显增加。
它不仅在低速率上能恢复出音质比传统声码器好得多的语音(可达到 2.4k bps或更低的编码速率),而且具有良好的自然度和容忍环境噪声的能力,是目前较为理想的低速率语音编码方案。
在低速率的语音编码基础之上,本文又提出了几种窄带数据加密技术的方案,并对这几种数字对讲方案进行了分析和仿真。
语音压缩技术指的是对原始数字音频信号流运用适当的数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，降低（压缩）其码率，也称为压缩编码。
它必须具有相应的逆变换，称为解压缩或解码。
音频信号在通过一个编解码系统后可能引入大量的噪声和一定的失真。
数字信号的优势是显而易见的，而它也有自身相应的缺点，即存储容量需求的增加及传输时信道容量要求的增加。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实现语音压缩算法的高速硬件平台
摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。
仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。
关键词：Butte
本系统使用TI公司浮点型DSP TMS320C6713实现G.723.1等语音编解码，为G.723.1、G.729等常用的低码率语音压缩标准提供运行及测试硬件平台。
有别于大多数编解码系统，本设计采用了性能更好的浮点型处理器和20位以上的数模模数转换器，总线带宽提高为16位，并采用主控性更强的HPI 接口。
系统设计具有以下优势：(1)数据的传输通过USB口完成，完全支持速度在5.3
Kb/s或6.3 Kb/s的多路编码输出，方便用户使用，并可使用USB独立供电。
(2)利用USB控制芯片的GPIF模式与DSP连接，程序简单、修改灵活。
(3)采用主频300 MHz、处理速度2 400 MIPS/1 800 MFLOPS的TMS320C6713，可以使每帧数据的处理时间小于37 ms的帧延迟，满足系统运行的实时性。
(4)数据的传送工作交由USB控制芯片68013完成，可使DSP从繁琐的数据搬运及USB协议处理工作中独立出来，使更多的资源用于数据处理。
(5)采用由主机加载固件的方法，节省数据处理端的硬件与软件资源，而且便于固件的更新升级。
(6)采用DSP中的外设接口HPI与主机相连，由主机掌握主控权，既能够使数据访问得到简化还可以通过HPI实现DSP自举。
1 基本概念介绍
1.1 CY7C68013性能特点
CY7C68013(EZ-USB FX2)是Cypress半导体公司的新一代高速USB系列，可以用USB2.0最大数据传输率传输数据。
该芯片基于EZ-USB FX芯片开发，集成有发送器、SIE、8051微控制器、存储器和可编程IO接口，是一种完全集成的USB2.0方案[2]。
1.2 G.723.1简介
G.723.1是一种低码率语音压缩标准，是H.324标准系列的一部分，也是VoIP 的常用解决方案之一，可在低比特率通信终端(PSTN和无线网络)上进行多媒体通信。
使用G.723.1标准能够将8 kHz采样l6 bit的线性PCM语音信号压缩成6.3 Kb/s或5.3 Kb/s的比特流，其压缩比例较高，占用带宽较低，而且具有很好的音质。
2 硬件设计
2.1 TMS320C6713外设接口HPI
TMS320C6713是一款高性能的32位浮点DSP，适用于专业音频信号处理。
HPI 即主机接口，是TMS320C6713片上集成的外设接口之一。
通过HPI 可以方便地实现多处理器系统，外部处理器作为主处理器，DSP作为从处理器。
通过HPI 接口，外部主机可以访问DSP除L2控制寄存器、中断选择寄存器、仿真逻辑之外的全部存储器映射空间。
2.2 读写时序
本实验采用CY7C68013和TMS320C6713芯片。
在GPIF接口部分，IFCLK设置为48 MHz内部时钟，使用16位宽的数据总线（设置WORDWIDE=1），分配
CTL[2:0]控制HPI的时序。
使用GPIF Tool生成波形描述符，分别用于
HPIC/HPIA/HPID的读写控制。
值得注意的是：由于HDS1*/HDS2*/HCS*相关，可以使HCS*有效，HDS2*置“1”，并通过HDS1*控制选通；HHWIL控制传输的是第一半字还是第二半字；HCNTL[1:0]决定哪个寄存器正被访问[3]。
由于采用DIN连接器，其传输速率最高可达几十兆赫兹，这也是其传输瓶颈。
如果采用手工单独装配的SMA硬件连接器，其硬件连接的速度完全可以满足GPIF和HPI 的要求。
当然，前者每个引脚的成本不到后者的百分之一[1]。
图1为GPIF和HPI读写HPID寄存器的时序关系图。
通过FX2固件、利用非GPIF I/O信号引脚可实现更多的信号输出。
使用
DM74LS573N锁存器，采用数据锁存的办法可以减小由布局布线等原因带来的互感、串联电感、寄生电容等减缓信号传播的影响，在硬件测试阶段能够有效解决传输误码的问题。
由于74LS573的传输延迟，系统的可靠性建立在牺牲系统带宽的基础上。
改用74LVC16245双向缓冲器，可以实现GPIF主控的数据读、写功能。
图2为带锁存器的GPIF和HPI读写HPID寄存器的时序关系图。
2.3 硬件连线
系统整体硬件连线示意图如图3。
图4为带锁存器的GPIF和HPI硬件连线示意图。
3 软件设计
此方案包括4个方面的程序设计：固件程序、驱动程序、主机应用程序和DSP 数据处理程序。
3.1 固件程序
固件程序是指运行在CY7C68013 51内核中的程序，主要包括设备描述符信息、设备功能代码和USB同DSP处理器间的通信控制功能代码。
对于使用GPIF的FX2系统，固件还应能够分配FIFO读和写波形到4个FIFO中的任何一个。
3.1.1 固件程序设计
固件程序开发基于KEIL C51，使用Cypress公司提供的固件函数库Ezusb.lib 和固件框架以提高开发效率。
固件函数库提供了一系列与USB协议有关的函数，固件框架已经实现了初始化、重枚举、电源管理等功能。