ITU-TG.729算法及其實時實現(xiàn)

G.729編解碼算法,實時實現(xiàn)的G.729系統(tǒng)的軟件設計和硬件設計。在ADSP-2181上實現(xiàn)的G.729編解碼器,已經(jīng)通過了ITU-T G.729的全部測試矢量,并且已經(jīng)在數(shù)字語音記錄儀和H.323網(wǎng)上多媒體通信系統(tǒng)中得到推廣應用。

關鍵詞： G.729協(xié)議 ADSP-2181 接口模塊 IDMA口

G.729協(xié)議[１]是由ITU-T的第15研究小組提出的,并在1996年3月通過的8Kbps的語音編碼協(xié)議。

G.729協(xié)議使用的算法是共軛結(jié)構(gòu)的算術碼本激勵線性預測（CS-ACELP）,它基于CELP編碼模型[２]。由于G.729編解碼器具有很高的語音質(zhì)量和很低的延時,被廣泛地應用在數(shù)據(jù)通信的各個領域,如IP phone和H.323網(wǎng)上多媒體通信系統(tǒng)等。

針對實時實現(xiàn)G.729的一些難點,我們提出了解決的方法。目前,我們已經(jīng)在Analog Device的定點數(shù)字處理芯片adsp-2181上實時實現(xiàn)了符合ITU-T G.729編解碼器的全部功能,該編解碼器占用了22MIPS的運算量。我們在ADSP-2181上實現(xiàn)的G.729編解碼器,已經(jīng)通過了ITU-T G729的全部測試矢量,并且已經(jīng)在數(shù)字語音記錄儀和H.323網(wǎng)上多媒體通信系統(tǒng)中進行了推廣應用。

１ G.729協(xié)議編解碼算法介紹

1.1 G.729編碼算法介紹

電話線路上的模擬語音信號,經(jīng)話路帶寬濾波（符合ITU-T G.712建議）后,被8kHz采樣,量化成16bit線性PCM數(shù)字信號輸入到編碼器。該編碼器是基于線性預測分析合成技術,盡量減少實際語音與合成語音之間經(jīng)聽覺加權后差分信號的能量為準則來進行編碼的。編碼器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,其主要部分有：

·線性預測分析和LPC系數(shù)的量化;

·開環(huán)基音周期估計;

·自適應碼本搜索;

·固定碼本搜索;

·碼本增益量化。

下面分別描述這五部分的主要技術。

·線性預測分析與LPC系數(shù)的量化

首先對信號進行加線性預測分析窗,分析窗由兩部分組成。第一部分是半個漢明窗,第二部分是四分之一個余弦信號。將加窗后的語音信號通過LevinsonDurbin算法獲得線性預測濾波器系數(shù)ai i=1......10。由于線譜對參數(shù)比線性預測系數(shù)具有更好的內(nèi)插特性和量化特性[３], G.729將LPC參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應的線

譜對參數(shù),最后對線譜對參數(shù)進行量化。

·開環(huán)基音分析

為了減少自適應碼本搜索的復雜度,需要計算開環(huán)基音Top,使自適應碼本搜索在開環(huán)基音值附近進行?；糁档姆秶?8~145個樣本點之間。

·自適應碼本搜索

G.729對每個子幀進行閉環(huán)基音搜索,它通過最小化原始語音信號和重構(gòu)語音信號的加權均方誤差來進行閉環(huán)基音搜索。對子幀１的閉環(huán)基音T1的搜索是局限在開環(huán)基音Top的一個小范圍內(nèi),對子幀２的閉環(huán)基音T2的搜索是局限在閉環(huán)基音Ｔ１的一個小范圍內(nèi)。這樣可以減少基音搜索的復雜度。

·固定碼本搜索

G.729固定碼本矢量含有四個非０脈沖,每個脈沖的幅度要可以是+1或-1。通過最小化加權語音信號和加權重構(gòu)語音信號的均方誤差來進行固定碼本的搜索。

·增益量化

G.729對自適應碼本增益和固定碼本增益采用二級共軛結(jié)構(gòu)碼本進行矢量量化。在碼本搜索時,采用預搜索策略,使得運算量只為全搜索算法的1/4。

1.2 G.729解碼算法介紹