采用通用法實(shí)現(xiàn)MELP聲碼器算法

1 引言
　　1996年3月，美國(guó)政府?dāng)?shù)字語(yǔ)音處理協(xié)會(huì)（DDVPC）選擇了2.4kbps混合激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)（MELP）語(yǔ)音編碼器作為窄帶保密語(yǔ)音編碼的產(chǎn)品以及各種應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)由于MELP具有良好的音質(zhì)、極低的碼率，以及良好的抗誤碼特性，可以應(yīng)用在IP PHONE、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域，尤其在需要大量存儲(chǔ)話(huà)音的場(chǎng)合和保密通信等方面，具有很好的發(fā)展前景。
　　編碼算法有硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)兩種方式，軟件實(shí)現(xiàn)靈活性強(qiáng)，但處理速度較慢，一般不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的要求。硬件實(shí)現(xiàn)分為專(zhuān)用法和通用法兩種。通用法是基于通用數(shù)字信號(hào)處理器芯片實(shí)現(xiàn)編碼算法的，它具有體積小、功耗低、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，其靈活性主要表現(xiàn)在軟件易于更改以及對(duì)各種算法的處理和復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)上，非常適用于語(yǔ)音信號(hào)、視頻信號(hào)等壓縮處理。
　　MELP算法復(fù)雜度較高，因此實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)必須借助于高性能的數(shù)字信號(hào)處理芯片。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有用于研究聲碼器算法的專(zhuān)用芯片。因此，從功耗和性能多方面考慮，本文采用通用法實(shí)現(xiàn)MELP聲碼器算法，選擇TI公司的TMS320VC5416 DSP芯片作為主處理器，完成聲碼器的主要功能。
　　2 MELP編解碼算法
　　2.1 編碼部分
　　編碼器基于線(xiàn)性預(yù)測(cè)分析合成技術(shù)，采樣率為8kHz，以180采樣值（22.5ms）為一幀進(jìn)行編碼，總體框圖見(jiàn)圖1。
　　輸入的原始語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直濾波（即高通濾波），得到目標(biāo)信號(hào)S（n）。再對(duì)目標(biāo)信號(hào)作以下處理：①低通濾波后用歸一化互相關(guān)法進(jìn)行基音粗估，然后根據(jù) ［0Hz，500Hz］子帶信號(hào)圍繞粗估基音估算分?jǐn)?shù)基音；②帶通分析，在5個(gè)子帶計(jì)算話(huà)音強(qiáng)度，以決定各子帶的清/濁音判決，其中 ［0Hz，500Hz］子帶強(qiáng)度用于確定非周期標(biāo)志位；③計(jì)算LPC和尖峰值，用L－D算法提取10個(gè)LP系數(shù)，然后乘以帶寬擴(kuò)展系數(shù)，使用得到的系數(shù)計(jì)算殘差信號(hào)，對(duì)殘差信號(hào)的160個(gè)抽樣計(jì)算尖峰值；④使用截止頻率為1kHz的6階巴特沃茲濾波器低通濾波殘差信號(hào)，結(jié)合上一子幀的基音和當(dāng)前子幀的分?jǐn)?shù)基因，搜索出最終基音周期；⑤使用一個(gè)基音自適應(yīng)窗采用一幀兩次的方法對(duì)增益進(jìn)行量化；⑥LPC分析，并轉(zhuǎn)換成線(xiàn)譜對(duì)LSP參數(shù)量化；⑦將量化后的LSP 參數(shù)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)PC參數(shù)并進(jìn)行逆濾波操作，殘差信號(hào)補(bǔ)0至512點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行512點(diǎn)FFT，利用頻譜峰點(diǎn)檢測(cè)算法找到前10次諧波對(duì)應(yīng)的傅立葉系數(shù)輸出。
　　
　　圖1 MELP編碼器編碼原理圖