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引言 當今時代是個信息飛速膨脹的時代，為了滿足用戶不斷增長的信息量需求，各種數據網絡、信息平臺都在進行不斷的擴容建設。然而。頻帶資源終歸是有限的，無論是有線通信還是無線通信，頻帶資源正變得越來越寶貴。如何使用合理的數據壓縮編碼方法以節省帶寬已成為研究和應用的熱點。本文通過對語音信號的壓縮編碼方法的研究，最終設計了一套語音匯接器，可連接電話等音頻終端，非常適合窄帶語音通信。 1 語音編碼方法 語音編碼方式從編碼方法的角度可以劃分為：波形編碼、參數編碼和混合編碼。波形編碼具有抗噪性能強、語音質量好等優點．但這種方式所需的編碼速率較高。一般在在16 kbit／s～64 kbit／s。參數編碼的特點是編碼速率低，可以達到1．2 kbit／s～2．4 kbit／s．甚至更低。但是參數編碼器也有語音質量較差、自然度較低、對環境敏感等缺點。混合編碼器，它結合了上述兩種方法的優點，同時從兩個方面構造語音編碼：一方面增加語音的自然度，提高語音質量；另一方面相對于波形編碼實現較低的數碼率指標。當前。混合編碼器正在得到人們較大的關注。這種編碼器既具備了聲碼器的特點(利用語音生成模型提取語音參數)，又具備了波形編碼的特點(優化激勵信號，使其與輸入語音波形相匹配)，同時還可利用感知加權最小均方誤差的準則使編碼器成為一個閉環優化的系統，從而在較低的比特率上能獲得較高的語音質量。 本文選用的是混合編碼中基于多帶激勵的AMBE算法，選擇AMBE的算法有以下優點：AMBE是低比特率、高質量的改進語音壓縮算法，該技術在低比特壓縮系統中能提供極優的語音質量，卻對指令執行速度和存儲器容量的要求大大的降低，它引入了語音分析和合成及矢量量化等新算法．在背景噪聲和信道誤碼方面也有極強的魯棒性。3．6 kb—psAMBE聲碼器。性能與全速率(8 kbps)VSELP的性能相當，在同樣話音質量的前提下，AMBE編碼占用的帶寬較小節省了頻率資源。 2 語音匯接器系統構成 語音匯接器系統主要實現語音數據的模數數模轉換、壓縮解壓縮、編解碼功能等，如圖1所示：當模擬語音信號經A／D轉換后就可以變為數字信號，該信息再經語音編碼單元壓縮后送至控制單元，經過控制單元處理的信息就可以通過通信接口發送出去。當接收方收到信息對數據進行分析處理后送至語音解碼單元解壓縮．然后解壓縮后的數字信息經過D／A轉換后產生模擬語音信號送入語音終端。 3 語音編解碼芯片的選型與接口電路的設計 在系統設計時，A／D、D／A芯片選用了LHeent公司推出的適用于蜂窩電話和調制解調器應用開發的話音頻帶CodecCSPl027．CSPl027片上集成了16位的∑一ΔA／D、D／A．通過16位串行I／0口與后續系統相連。CSPl027具有一定的軟件編程控制功能，可根據不同的應用要求．通過軟件編程來控制系統的音頻接口的增益衰減、采樣速率和接口方式等。這樣的設計使得系統整體集成度提高，可靠性得以增強，很好的滿足了系統對語音通道的設計要求。 語音壓縮選用的是國產的低比特率聲碼器AMBE-1000，它是一款高性能的基于多帶激勵概念AMBE技術成功應用的語音編譯碼器，編碼質量明顯優于CELP、RELP、VSELP、MELP、ECELP、MP-MLQ、LPC-lO等編碼方案，具有很高的合成語音質量和較強的抗背景噪聲和誤碼的能力。其編碼速率在2．4 kbPs～9．6 kbPs之間可調，FEC速率在50 bps～7．2 kbps可實現在線設定，模塊主處理器可以通過判讀誤碼率的大小來依據事先制定的策略調整語音編碼速率和FEC速率，以盡可能的保持最佳的語音質量。當信道質量很好時，系統將語音編碼速率和FEC數據速率均可適當減小，以傳輸更多路話音信號，增加信道復用效率；當信道質量比較糟糕時，系統將語音編碼速率和FEC數據速率均可適當增大．以確保一定的傳輸質量。這一系統可以實現相關的速率組合。 VAD(話音激活)／CNI(舒適噪音插入)技術的應用也使得該聲碼器具用鮮明的特點。系統根據當前語音信號的功率。判斷本幀信號靜默與否。如果認定本幀為靜默，則業務信道將改用另外的。PN碼以遠低于正常水平的功率發送靜默信息。相應的，若接收到靜默信息后，系統則會產生一幀時長的符合聽覺習慣的背景噪聲。VAD／CNI技術的運用．一方面減少了運算量，降低了功耗。另一方面在使用者沒有接收到語音信息的同時，以舒適的背景噪聲提示鏈路目前暢通。大量研究表明，在一路全雙工電話交談中．只有36％～40％的信號是活動的或有效的。當一方在講話時，另一方在聽，而且講話過程中有大量顯著的停頓。通過靜噪抑制技術，可以大大節省網絡帶寬。針對網絡傳輸的特點，采用靜音檢測和丟幀恢復等功能，在很大程度上能夠彌補電磁干擾對語音傳輸質量的影響。而且，靜音檢測對于交談來說，其節省的通訊量是相當可觀的。其接口如圖3所示。 4 系統軟件設計 系統軟件主要包括接收和發送兩大部分。 發送部分(圖4)主要是先從AMBEl000接收PCM數據，然后把該數據進行處理后再按照通信格式打包并且加CRC32校驗．通過串口發送出去。然后等待對方的回應數據。若是ARQ(Automatic Repeat reQuest，自動重復請求)數據則重新發送。若是ACK(acknowledgement，確認)數據則表示發送成功。若在設置時間內未收到任何數據，則重新發送。若在設置的重發次數后仍未收到ACK數據，則舍棄該數據包繼續發送后續數據包。接收部分(圖5)通過串口接收到數據幀后首先解包，然后進行差錯檢測，若有錯，則發送ARQ，若正確，則發送ACK。若接收成功。則回到串口繼續接收后面的數據。 5 結論 本文所設計的語音通信系統采用的碼率較低，為2．4 kbps的話音速率，傳輸時輸出的語音清晰，辨識率好。本文設計是基于語音壓縮傳遞基礎上的，對于研究和應用窄帶語音通信系統具有一定的借鑒價值。 |
