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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林志忠
研究生(外文):Zhi-Zhong Lin
論文名稱:G.729-A語音編碼演算法於TMS320C62x定點式數位訊號處理器之最佳化研究
論文名稱(外文):An optimal Study on G.729-A Speech Coding Algorithm Using Fixed Point DSP TMS320C62x Processor
指導教授:徐偉智徐偉智引用關係
指導教授(外文):Wei-Chih Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:電腦與通訊工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:碼字激發碼本線性預測語音編碼
外文關鍵詞:G.729CELPLinear PredictionDSP
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在衡量一個語音編碼器的效能時,具有低位元率與合理的聲音品質是很重要的評估項目。共軛結構─代數碼本激發線性預測(Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction, CS-ACELP)編碼器是符合此兩項條件的語音壓縮技術。此演算法可以被使用在IMT-2000、PCS及低C/N的數位衛星通信系統上。本論文主要是將CS-ACELP語音編解碼器G.729-A實現於32位元之TMS320 C6201數位信號處理器上。在未來IMT-2000系統中所需要之語音編碼系統必須具備低延遲、低複雜度及高語音品質的特性,G.729-A演算法符合這些要求。而IMT-2000系統不僅僅需要處理語音,還有許多媒體資料,甚至有比較複雜的人機介面功能,所以我們挑選更高的時脈及多運算單元特性之定點式DSP C6201為實作平台。
我們先用CCS(Code Composer Studio)模擬環境發展標準的CS-ACELP演算法。位元率固定在8 kbps,並由主觀的聆聽和客觀的數據判斷都能得到合理的語音品質的限制條件下,找出降低各模組運算複雜度的種種方法及技巧。接著再實現於德州儀器公司所發展的C6201定點數位信號處理器模擬板(EVM)上。我們主要以C語言來作程式開發,如何善用C6201的平行運算硬體架構實現各個模組以及內建組合語言的使用時機,本論文都有做了深入探討。而對於溢位問題,誤差累計問題,以及如何進行Q格式的調整,也是我們研究的重點。


Low bit-rate and acceptable speech quality are very important factors for measuring the performance of a speech coder. The speech coder of Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction(CS-ACELP) is a speech compression scheme satisfied the above two conditions. This kind of the speech coder can be applied in International Mobile Telecommunication (IMT)-2000, Personal Communication System (PCS), and low Carrier-to-Noise(C/N) digital satellite system. This thesis presents the implementation of the CS-ACELP which has been chosen as G.729-A on the fixed-point 32 bits TMS320C6201 DSP processor. In the future, The IMT-2000 not only need to process speech but also multimedia . Therefore, we select the characteristics of more clocks and multi-operation units on the fixed-point DSP C6201 as a target to implement the G.729-A vocoder.
In the first stage, the Code Composer Studio(CCS) simulation environment is used to develop the standard CS-ACELP algorithm. Figuring out possible methods and techniques which can reduce the complexity of computation under the requirements of acceptable subject listening quality and 8kbps bit-rate. We apply these methods and techniques we obtained to the C6201 fixed point DSP Processor EVM .
We mainly use C language to develop our algorithm. And we concentrate on how to implement every module efficiently by utilizing the C6201 pipeline architecture and the building-in assembly language . In addition, the problems of overflow, accumulative error, and Q format modification are also the key issue in our research.


目 錄
中文摘要………………………………………………i
英文摘要………………………………………………ii
誌謝 ………………………………………………iii
目錄 ………………………………………………iv
表目錄 ………………………………………………vii
圖目錄 ………………………………………………viii
第一章 緒論
1.1研究背景…………………………………… 1
1.2研究動機…………………………………… 4
1.3研究方法…………………………………… 4
1.4章節概要…………………………………… 5
第二章 碼激式線性預測(CELP)
2.1前言……………………………………… 6
2.2語音模型的建立………………………… 6
2.3解碼端語音合成………………………… 8
2.4編碼端各參數的估測……………………12
2.4.1 音高週期與增益的估…………………… 13
2.4.2 碼語搜尋與碼語增益的估測………………15
2.5
聽覺加權濾波器(Perceptual Weighting Filter)17
2.6
線頻譜對參數(Line Spectral Pair, LSP)18
第三章 ITU G.729 語音編解碼器
3.1前言……………………………………… 19
3.2CS-ACELP 語音編碼器系統架構…………19
3.3線性分析預測與量化……………………23
3.3.1 前置處理濾波器…………………………… 23
3.3.2 語音信號的加窗與自相關………………… 23
3.3.3 杜賓遞迴演算……………………………… 26
3.3.4 線性預測係數轉換成線頻譜對參數……… 26
3.3.5 線頻譜參數的量化………………………… 29
3.3.6 線性預測係數及線頻譜參數的插補……… 31
3.3.7 線頻譜對參數轉換回線性預測係數………31
3.4聽覺加權濾波器…………………………32
3.5音高週期分析器…………………………32
3.5.1 開迴路音高週期估測……………………… 32
3.5.2 固定碼本增益的預測……………………34
3.6固定碼本的結構與搜尋方式……………36
3.7調適性碼本與固定碼本增益的量化……37
3.7.1 共軛碼本結構……………………………… 38
3.7.2 固定碼本增益的預測……………………… 39
3.7.3 增益量化的碼本搜尋………………………40
3.8ITU G.729 語音解碼器系統架構……… 41
3.8.1 線性預測係數解碼……………………… 41
3.8.2 調適性碼本向量參數解碼……………… 42
3.8.3 固定碼本向量參數解碼………………… 43
3.8.4 語音信號的重建………………………… 44
3.8.5 後級處理濾波器…………….…………44
3.9G.729-A 對G.729的簡化及效能評估… 45
3.9.1 聽覺加權濾波器的簡化……………… 45
3.9.2 開迴路音高分析的簡化……………… 46
3.9.3 閉迴路音高搜尋的簡化……………… 46
3.9.4 代數碼本搜尋的簡化………………… 46
第四章 TMS320C6201 EVM板與CCS Simulator之模擬
4.1前言…………………………………………48
4.2TMS320C6201的架構………………… ……49
4.2.1 CPU架構………………………………………49
4.2.2 內部記憶體配置……………………………51
4.2.3 內部週邊裝置(Peripherals)……………53
4.3C6201 EVM板之硬體架構…………………56
4.3.1 外部記憶體配置…………………………… 57
4.3.2 聲音輸出入介面……………………………59
4.4EVM安裝與CCS發展環境設定………………59
4.5G.729-A於CCS C62xx之模擬………………63
第五章 G.729-A即時實現於C6201EVM板
5.1前言………………………………………66
5.2G.729-A演算法定點化分析………………66
5.2.1 定點化的處理程序………………………… 66
5.2.2 定點化所遭遇到的困難…………………… 67
5.2.3 線性預測係數的分析……………………… 70
5.2.4 線性預測係數與線頻譜對參數的轉換分析 71
5.2.5 聽覺加權濾波器分析……………………… 72
5.2.6 LSP的量化分析……………………………74
5.3 程式最佳化與C6201-C撰寫法則…………76
5.3.1 ANSI-C語言實現於C6201的困難…………… 76
5.3.2 使用DMA模式來做雙緩衝器的Ping-Pong處理 77
5.3.3 G.729-A於C6201之效能增進方法.………… 80
5.4計算效能與語音品質量測…………………86
第六章 結論………………………………………88
參考文獻………………………………………………89


參考文獻[1] A. M. Kondoz, “Digital Speech Coding for Low Bit Rate CommunicationsSystems”, John Wiley & Sons Ltd., England, June 1995.[2] P.Kroon and E. Deprettere. “A class of analysis-by-synthesis predictive coders forhigh quality speech coding at rates between 4.8 and 16kbit/s”. IEEE J. on Selected Area in Comm. February 1988, 353-363.[3] Richard V. Cox, AT&T Labs Research, IEEE Communication Magazine, September 1997.[4] Jawon Kim, Hyungjung Kim, Songin Choi, and Younggap, “The Implementation of G.729 Speech Coder on a 16-Bit DSP Chip for CDMA IMT-2000 System”, IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol.45, No2, pp.443-448, May.[5] Redwan Salami, Claude Laflamme, Jean-Pierre Adoul, Akitoshi Kataoko, Shinji Hayashi, Takeehiro Moriya, Claude Lamblin, and Yair Shoham, “Design and Description of CS-ACELP A Toll Quality 8kb/s Speech Coder”, IEEE Trans. on Speech and Audio Processing, Vol.6, No2, pp.116-130, March 1998.[6] ITU-T Recommendation G.729, “Coding of Speech at 8 kbit/s Using Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction (CS-ACELP), “ Geneva, Switzerland, March 1996.[7] L.R. Rabiner and R.W Schafer, “Digital Processing of Speech Signals”, Prentice-Hall, Inc., 1978 by Bell Laboratories.[8] Thomas P.Barnwell Ⅲ, Kambiz Nayebi, and Craig H, Richardson, “Speech Coding: A Computer Laboratory Textbook”, John Wiley & Sons Ltd., 1996.[9] Chung-Hsien Wu and Jau-Hung Chen, “A Novel Two-Level Method for the Computation of the LSP Frequencies Using a Decimation—in-Degree Algorithm”, IEEE Trans. On speech and audio processing, Vol.5, No2, pp.106-115, March 1997.[10] N.S. Jayant and P.Noll, “Digital Coding of Waveforms, Prentice-Hall Publishers, pp131-132, 1984[11] Ravi P. Ramachandran and Peter Kabal, “Pitch Prediction Filters in Speech Coding”, IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol.37, No.4, pp.467-478, April 1989.[12] P. Kroon and F. Deprettre, “A class of analysis-by-synthesis predictive coders for high quality speech coding at rates between 4.8 and 16 kbit/s,” IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Vol.6, No.2, pp.353-363, 1988.[13] P. Kabal and R. P. Ramachandran, “The computation of line-spectral frequencies using Chebyshev polynomials,” IEEE Trans. Acoustics., Speech, Signal Processing, Vol. ASSP-34, pp.1419-1426, June 1986.[14] J. D. Markel and A. H. Gray, Linear Prediction of Speech. New York: Springer-Verlag, 1976.[15] Y. Tohkura, F. Itakura, and S. Hashimoto, “Spectral smoothing technique in PARCOR speech analysis-synthesis,” IEEE Trans Acoust, Speech, Signal Processing, Vol. ASSP-26, pp.587-596, 1978.[16] B. S Atal and M. R Schroeder , “Predictive coding of speech signals and subjective error criteria,” IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, Vol. ASSP- 27, pp.247-254, 1979.[17] T. Moriya, “Two-channel conjugate vector quantizer for noise channel speech coding,” IEEE J. Select. Areas Commun., Vol.10, No.5, pp.866-874, 1992[18] A. Kataoka, T. Moriya and Shinji Hayashi, “An 8-kb/s Conjugate Structure CELP (CS-CELP) Speech Coder,” IEEE Trans Speech, Signal Processing, Vol.4, No.6, p.401-411, 1996[19]Texas Instruments, Inc., TMS320 DSP Development Support Reference Guide. January 1997.[20] Texas Instruments, Inc., TMS320 C62x/C67x CPU and Instruction Set Reference Guide. Mar, 1998.[21] Texas Instruments, Inc., TMS320 C6000 Assembly Language Tools User’s Guide Feb. 1998.[22] Texas Instruments, Inc., TMS320C6x Evaluation Module Reference Guide Mar. 1998.[23] Texas Instruments, Inc., TMS320 C6000 Code Composer Studio Tutorial. Mar. 1999.[24] Texas Instruments, Inc., TMS320 C6201/C6701 Peripherals Reference Guide. Mar, 1998.[25] Texas Instruments, Inc., TMS320C6x Optimizing C Compiler User’s Guide Feb. 1998.[26] Texas Instruments, Inc., TMS320 C62x/C67x Programmer’s Guide. Mar, 1998.[27] Texas Instruments, Inc."G.729/A Speech Coder: Multichannel TMS320C62x Implementation", 2000.[28]王永清, “G.729語音編解碼實作與研究” 國立台灣科技大學碩士論文, 1998[29]陳世勳, “以DSP晶片實作G.729語音解碼器”國立海洋大學碩士論文, 2000[30]何俊逸, “利用數位信號處理器實現即時編碼器” 國立高雄第一科技大學碩士論文, 2000

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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