G.723.1編譯碼算法的DSP實現(xiàn)

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1　引　言
　　隨著VoIP技術(shù)的不斷發(fā)展，要求產(chǎn)品的集成度與性能進一步提高，利用新一代高性能DSP芯片，實現(xiàn)單片DSP處理多路語音信號，是今后的發(fā)展趨勢。
　　G．723．1標(biāo)準(zhǔn)是ITU組織于1996年推出的一種低碼率編碼算法。主要用于對語音及其它多媒體聲音信號的壓縮，如可視電話系統(tǒng)、數(shù)字傳輸系統(tǒng)和高質(zhì)語音壓縮系統(tǒng)等。G．723．1標(biāo)準(zhǔn)可在6．3kbps和5．3kbps兩種碼率下工作。其中，高碼率算法具有較高的重建語音質(zhì)量，而低碼率算法的計算復(fù)雜度則較低。與一般的低碼率語音編碼算法一樣，G．723．1標(biāo)準(zhǔn)采用線性預(yù)測的合成分析法。對激勵信號進行量化時，高碼率算法采用多脈沖最大似然量化（MP－MLQ），而低碼率算法則采用算術(shù)碼本激勵線性預(yù)測（ACELP）。
2　算法介紹
　　語音信號的參數(shù)模型是用激勵信號激勵一個系統(tǒng)模型來模仿氣流沖激聲道產(chǎn)生的聲音。線性預(yù)測法基于全極點模型假定，采用時域均方誤差最小準(zhǔn)則來估計模型參數(shù)。分析過程中要提取的參數(shù)包括聲道系統(tǒng)的LSP參數(shù)、自適應(yīng)碼本的延遲和增益，
以及固定碼本中脈沖的位置和符號。
　　G．723．1編碼器能對以8kHz采樣的話帶語音信號進行壓縮。為了降低碼率，G．723．1采用了較長的幀尺寸，每幀240個樣值，即30毫秒幀長。每幀輸入信號首先通過一階高通濾波器濾除直流分量，然后將之分成四個60個樣值的子幀，每個子幀獨立進行LPC分析。為了提高LPC系數(shù)的連續(xù)性，采用了長度為180個樣值的重疊窗，即同時包含前后兩個子幀，這使算法引入60個樣值的超前時延，因此算法的總時延為37．5毫秒。LPC系數(shù)用線性譜頻率（LSF）表示，LSF參數(shù)采用預(yù)測分裂矢量量化，只對第四子幀進行。為了提高量化感知質(zhì)量，高通濾波后的語音信號需通過共振峰感知加權(quán)濾波器和諧振峰噪聲整形濾波器以生成初始目標(biāo)信號。前者參數(shù)由各子幀的未量化LPC系數(shù)構(gòu)成，后者通過對每兩子幀進行開環(huán)基音周期估計得到，其中基音周期的范圍為18到142個樣值。LPC合成濾波器、共振峰感知加權(quán)濾波器和諧振峰噪聲整形濾波器用于系統(tǒng)零輸入響應(yīng)計算和最佳激勵估計。G．723．1編碼器還包括一個五階基音預(yù)測器，其參數(shù)根據(jù)開環(huán)基音估計值和脈沖響應(yīng)進行閉環(huán)基音搜尋得到。在進行最佳激勵估計時，需從初始目標(biāo)信號中減去系統(tǒng)零輸入響應(yīng)和基音預(yù)測器貢獻以得到最終目標(biāo)信號，然后針對高低碼率分別采用MP－MLQ和ACELP方法進行量化。其中，LSF參數(shù)、基音值和激勵參數(shù)需傳送給解碼器。
　　解碼器首先根據(jù)得到的LSF參數(shù)重建LPC合成濾波器，然后根據(jù)基音值和激勵參數(shù)得到自適應(yīng)碼本激勵信號和固定碼本激勵信號。
2．1　聲道模型參數(shù)的提取
??? 十階全極點模型系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：
????　　
　　其中，S（z）和U（z）分別是輸出信號s（n）和輸入信號u（n）的Z變換。因此誤差信號為：
???
要使均方誤差最小，｛ak｝必定滿足＝1，2，．．．10），由此可得到以k為變量的方程組：
????
其中，R（n）為S（n）的自相關(guān)函數(shù)值。對于這個Toeplitz矩陣，用Durbin遞推算法可方便求解。
　　因為線譜對參數(shù)（LSP）良好的量化特性和內(nèi)插特性，LPC參數(shù)要轉(zhuǎn)換為LSP參數(shù)進行傳輸。
設(shè)線性濾波器的逆濾波器為

ωi和θi分別是P（z）和Q（z）的第i個零點。ωi和θi成對出現(xiàn)，反映信號的頻譜特性，因此稱為線譜對。對P（z）和Q（z）的系數(shù)做離散傅立葉變換得到zk＝e－jπk／N（k＝0，1，2．．．N）各點的值，搜索極小值點的位置，就是可能的零點位置。