隨著通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的飛速發(fā)展，日益增加的客戶需求量和現(xiàn)有的通信信道容量之間的矛盾愈發(fā)突出。如何在有限的信道資源下，通過(guò)壓縮信源以提高傳輸效率已成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題之一。為此誕生了許多語(yǔ)音壓縮處理方法，G.723.1語(yǔ)音編碼算法便是ITU-T(國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門)制定的H.324協(xié)議簇首推的標(biāo)準(zhǔn)算法，主要用于低比特率多媒體業(yè)務(wù)的話音或其他音頻信號(hào)分量的壓縮。它是一種雙速率語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)，其中6.3 kb/s的速率提供了良好的話音質(zhì)量，而5.3kb/s的速率在提供較好通話質(zhì)量的同時(shí)，也為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了更適合的靈活性[1]。
1 算法原理
??? G.723.1語(yǔ)音編碼算法按幀(Frame)對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓縮，每幀240個(gè)采樣點(diǎn)，壓縮傳遞的參數(shù)包括線性預(yù)測(cè)系數(shù)、自適應(yīng)碼本的延時(shí)和增益、激勵(lì)脈沖位置、符號(hào)及格點(diǎn)比特等。
　　首先進(jìn)行高通濾波，去掉直流分量；接著把一幀信號(hào)分成4個(gè)子幀，每個(gè)子幀60個(gè)采樣點(diǎn)，分別進(jìn)行10階線性預(yù)測(cè)分析(LPC)，得到各子幀的LPC參數(shù)，把最后一個(gè)子幀的LPC參數(shù)轉(zhuǎn)化成線譜對(duì)(LSP)參數(shù)進(jìn)行矢量量化編碼，送到解碼器。利用未量化的LPC參數(shù)構(gòu)造短時(shí)感知加權(quán)濾波器，信號(hào)濾波后得到感覺(jué)加權(quán)的語(yǔ)音信號(hào)。每2個(gè)子幀(120樣點(diǎn))搜索一個(gè)開環(huán)基音值，并以此為依據(jù)為每一個(gè)子幀構(gòu)造一個(gè)諧波噪聲成形濾波器，對(duì)感知加權(quán)的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波。每一子幀的LPC綜合濾波器、感覺(jué)加權(quán)濾波器和諧波噪聲成形濾波器聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)聯(lián)合濾波器，利用它的沖激響應(yīng)和開環(huán)基音周期，對(duì)每一子幀進(jìn)行閉環(huán)基音搜索，對(duì)開環(huán)搜索的結(jié)果進(jìn)行修正。同時(shí)通過(guò)一個(gè)五階基音預(yù)測(cè)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到相應(yīng)子幀的殘差信號(hào)。最后進(jìn)行固定碼本搜索，也就是對(duì)每一子幀的殘差信號(hào)進(jìn)行矢量量化，對(duì)應(yīng)兩種不同的編碼速率采用兩種不同的方法：編碼速率為6.3kb/s時(shí)，采用多脈沖最大似然量化(MP-MLQ)的方法，具有較高的重建語(yǔ)音質(zhì)量；編碼速率為5.3kb/d時(shí)，采用代數(shù)碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(ACELP)方法。
　　算法的解碼也是按幀進(jìn)行，主要對(duì)符合ITU-TG.723.1的碼流進(jìn)行解碼，得到相應(yīng)的參數(shù)，根據(jù)語(yǔ)音產(chǎn)生的機(jī)理，合成語(yǔ)音信號(hào)。讀入一幀碼流后，分別進(jìn)行LSP參數(shù)、基音周期和激勵(lì)脈沖信號(hào)解碼，對(duì)LSP參數(shù)插值，然后轉(zhuǎn)化成各子幀的線性預(yù)測(cè)系數(shù)，構(gòu)成LPC綜合濾波器。通過(guò)基音周期和激勵(lì)脈沖得到每一子幀的殘差信號(hào)，經(jīng)過(guò)基音后濾波，輸入到LPC綜合濾波器，產(chǎn)生合成語(yǔ)音信號(hào)。經(jīng)過(guò)共振峰后濾波和增益控制，形成高質(zhì)量的重建語(yǔ)音信號(hào)。
2 算法實(shí)現(xiàn)
2.1 硬件設(shè)計(jì)
　　在選擇DSP芯片時(shí)，考慮了語(yǔ)音壓縮編碼算法的復(fù)雜度以及運(yùn)算量，并對(duì)DPS芯片本身的運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間大小、性能價(jià)格比、開發(fā)軟件的完整性等多方面進(jìn)行綜合比較，最終選用TIC54xx系列的定點(diǎn)運(yùn)算處理器TMS320C5416，開發(fā)平臺(tái)是TMS320C5416 DSK。
　　TMS320C5416的單指令周期為6.25ms，每秒執(zhí)行的指令數(shù)為160M，使用了6級(jí)指令流水線結(jié)構(gòu)，這些都很適合G.723.1語(yǔ)音編碼算法的實(shí)現(xiàn)。采用一個(gè)40 bitALU、128K×16 bit片內(nèi)RAM(包括64 kB的片內(nèi)DARAM和64 KB的片內(nèi)SARAM)、3個(gè)獨(dú)立的16bit數(shù)據(jù)內(nèi)存總線、1個(gè)程序內(nèi)存總線、3個(gè)McBSP、6信道DMA控制器、1個(gè)8/16 bit并行增強(qiáng)主機(jī)端口接口及2個(gè)16 bit計(jì)時(shí)器[2，3]。
　　在DSK的基礎(chǔ)上，可以搭建出語(yǔ)音開發(fā)硬件系統(tǒng)平臺(tái)，如圖1所示。
?
　　輸入語(yǔ)音信號(hào)由麥克風(fēng)輸入，經(jīng)過(guò)立體聲音頻多媒體數(shù)字信號(hào)編碼芯片PCM3002 A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)，接著送入DSP內(nèi)進(jìn)行編碼壓縮處理。處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)解壓得到重建的語(yǔ)音信號(hào)，最后送入PCM3002 D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過(guò)耳機(jī)或揚(yáng)聲器得以收聽到。
2.2 算法實(shí)現(xiàn)流程
　　根據(jù)G.723.1算法，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。
?

　　從流程圖中可以看到，首先關(guān)閉中斷、初始化DSP芯片和開發(fā)平臺(tái)；然后進(jìn)行程序運(yùn)行前的硬件配置，主要是配置外設(shè)，打開DMA和McBSP。配置結(jié)束后打開中斷屏蔽控制寄存器，等待中斷的到來(lái)。McBSP接收中斷發(fā)生時(shí)，DMA接收PCM3002發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并存入緩沖區(qū)，并判斷是否滿一幀240個(gè)數(shù)據(jù)。如果不滿幀，就直接等待下一次McBSP接收中斷；如果滿一幀，通過(guò)DMA通道3將240個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)BUFF1，同時(shí)置位新幀標(biāo)志位new_data，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼處理。整個(gè)編解碼結(jié)束后，將得到的一幀240個(gè)合成語(yǔ)音數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)BUFF2中，等待新幀標(biāo)志位重新置1后進(jìn)行下一幀的編解碼處理。McBSP發(fā)送中斷時(shí)，DMA把發(fā)送緩沖區(qū)的一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送給PCM3002后，判斷是否滿一幀。如果不滿幀，就直接等到下一次McBSP發(fā)送中斷；如果滿一幀，即PCM3002接收到了240個(gè)數(shù)據(jù)，則把BUFF2中新一幀240個(gè)合成語(yǔ)音數(shù)據(jù)復(fù)制到發(fā)送緩沖區(qū)，等待下一次McBSP發(fā)送中斷。