基于ARM7TDMI內(nèi)核SEP3203處理器的語音信號的軟件實時編解碼的實現(xiàn)

本文基于東南大學(xué)國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心自主研發(fā)的ARM7TDMI內(nèi)核的32位嵌入式SoC——SEP3203處理器，采用G.721標(biāo)準(zhǔn)ADPCM算法，實現(xiàn)了語音信號的軟件實時編解碼，為語音處理應(yīng)用提供了一種有效的嵌入式解決方案。

　　1 G.721標(biāo)準(zhǔn)概述

　　1937年，A.H.Reeves提出脈沖編碼調(diào)制(PCM)，開創(chuàng)了語音數(shù)字化通信的歷程。CCITT在20世紀(jì)80年代初，開始研究低于64 Kb/s的非PCM編碼算法，先后制定通過了G.721、G.728、 G.729等編碼標(biāo)準(zhǔn)。其中，G.721協(xié)議作為ADPCM的典型算法，不僅具有與PCM近乎相同的語音質(zhì)量，而且有簡單的算法結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的抗誤碼性能，在衛(wèi)星、海纜及便攜式數(shù)字語音設(shè)備等方面都有廣泛應(yīng)用。G.721算法的簡化框圖如圖1所示。

　　編碼過程：

　?、?計算Sl(k)與自適應(yīng)預(yù)測器輸出Se(k)的差值E(k)=Sl(k)-Se(k);

　?、?通過自適應(yīng)量化模塊對E(k)進(jìn)行量化，得到ADPCM碼字I(k);

　?、?通過自適應(yīng)反量化模塊對I(k)計算得到量化差分預(yù)測信號Dq(k);

　?、?根據(jù)重建信號Sr(k)=Se(k)+Dq(k)和Dq(k)更新預(yù)測濾波器系數(shù);

　　⑤ 利用新的系數(shù)，計算得到Se(k+1)，重復(fù)上述5個步驟，壓縮下一個語音采樣數(shù)據(jù)。

　　解碼過程：

　　① 通過自適應(yīng)反量化和自適應(yīng)預(yù)測得到Dq(k)和Se(k)，得到語音重建信號Sr(k);

　?、?對重建信號Sr(k)進(jìn)行PCM格式轉(zhuǎn)換，得到PCM碼字Sp(k);

　?、?采用與編碼器相同的方法更新預(yù)測濾波器系數(shù);

　?、?為實現(xiàn)雙向通信，同步調(diào)整Sp(k);

　?、?利用新的濾波器系數(shù)，重復(fù)上述5個步驟，解碼下一個I(k)。

圖1 G.721編碼器和解碼器簡化框圖