專利名稱：一種基于g729語音壓縮編碼算法的dsp優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式的語音壓縮算法的優(yōu)化技術。在TMS320C55X系列DSP上實現(xiàn)多路語音的實時控制，其中語音壓縮編碼協(xié)議為G729。
背景技術：
數(shù)字語音通信是當前信息產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快，普及面最廣的業(yè)務。移動通信數(shù)字化，拓展了信道容量，改善了服務質量，促進了這一產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。相比于模擬語音，數(shù)字語音具有抗干擾強，保密性好，管理和控制方便，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。隨著社會的發(fā)展，人們對通信的要求越來越高。P2P的語音通信技術已經(jīng)非常成熟，然而在越來越多的場合，人們產(chǎn)生一對多，多對多的語音通信需求。同時隨著ISDN技術的推廣，VOIP技術，多媒體技術的快速發(fā)展，這一想法也能夠實現(xiàn)了。
隨著人們對語音通信提出了越來越高的帶寬要求，語音壓縮編碼技術也取得了飛速的發(fā)展，特別是中低碼率的語音編碼技術方面。16kb/s，8kb/s的壓縮編碼技術已經(jīng)得到標準化和產(chǎn)品化。由于V0IP，多媒體通信，綜合業(yè)務數(shù)字通信，移動通信等業(yè)務的快速發(fā)展，基于G。728，G729的產(chǎn)品的嵌入式實時開發(fā)正逐漸成為研究的熱點問題。盡管G729算法具有碼率低，合成語音質量高等優(yōu)點，但是其具有較高的算法復雜度，嵌入式實時應用成為一大難題。如何高效的壓縮語音數(shù)據(jù)來縮短G729算法編碼時間以達到實時性的要求是有待解決的一個重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了縮短G729算法在TMS320C55X系列DSP上的語音編碼時間，以滿足多路語音實時壓縮編碼的要求。本發(fā)明通過對G729算法的各個階段算法進行改進，在不影響編碼效果的同時，大大減少在DSP上運行的時間，達到對語音編碼的實時性要求。. 729協(xié)議過程
G729采用8kb/s共軛結構-代數(shù)碼激勵線性預測編碼——語音編碼器，它是基于CELP編碼模型的。編碼器對語音幀進行處理，語音以每秒8000樣點采樣，每IOms對應80個樣點為I幀，每幀對語音信號進行分析，提取CELP模型的參數(shù)(LPA系數(shù)，自適應碼數(shù)與固定碼數(shù)的索引和增益)，這些參數(shù)被編碼并傳輸。在譯碼端，這些參數(shù)被恢復成激勵參數(shù)和合成濾波器參數(shù)，是激勵通過短時何曾濾波器來得到重建語音。短時語音濾波器是基于10階線性預測(LP)濾波器。長時合成濾波器采用自適應碼書方法實現(xiàn)。重建語音計算出來以后，在利用后濾波提高語音質量。編碼過程見

圖1，G. 729算法流程見圖2。分析及優(yōu)化原理
短時分析綜合濾波器是一個基于10階線性預測(LP)的濾波器。這個濾波器的傳遞函數(shù)被定義為其中^是量化后的線性預測 (LP)系數(shù)。對于每一個IOms的語音幀，先用一個30ms
的不對稱窗口對數(shù)據(jù)進行加窗，計算自相關。即是說，每80個樣點(10ms)，計算一次加窗語音的自相關系數(shù)，通過萊文森(Levinson)算法得到濾波器的系數(shù)。然后把LP系數(shù)轉化為線譜對LSP系數(shù)，并用于量化和插值。插值后的量化和未量化濾波器系數(shù)又被轉換回LP濾波器系數(shù)，目的是為每一個子幀構建綜合加權濾波器。LP向LSP轉換過程是LP濾波器系
數(shù)6^ = 1，…，W轉化為線譜對系數(shù)(LSP)用于量化和插值。對于一個10階的LP濾波器來
說，LSP系數(shù)定義為下面兩個多項式等式的根
F'(Z) =A(z)+ z-nA(z-1)
' ' (2) F2(Z) =1(2)-2'11!^-1)
多項式式(z)是對稱的，F(xiàn)2(Z)是非對稱的?？梢宰C明這兩多項式的根在一個單位圓上
并且交替出現(xiàn)。巧'(Z)有一個根為-l(w =均和S(Ο有一個根z =I(W = O)。通過定義兩個新的多項式等式，消除了這兩個根
F1 (z) = F. (z) / (I-z~h)
,,(3)
F2(Z) = F2(Z)丨(I-P)
每個等式在單位圓上有5個共軛的根。所以上面兩個等式又可以寫作下面的形式
Wj= Π (I-
沿(4)
F2 (z) = J-J (I - 2q^z~l + z~2)
(4)式中名=Cos(Wi),系數(shù)Wi就是線譜對系數(shù)(LSF)，并且他們也滿足O <Wl <w2 <... <w10 < r的順序。qi被當成是LSP系數(shù)在Cos域的值。因為巧⑷，F(xiàn)2(Z)都
是對稱的了，所以每個多項式的系數(shù)只有前面需要計算。其他的系數(shù)同過下面的遞歸關系得到
M1 +1) = aH1 += Q3-A
Z2O' +1) = ^ + Z2OV = Q5 -,4
(5)
其中4(0) = 1.0,/2(0) = 1.0，先把￠0,功等間隔分成60個點，然后計算巧⑷，F(xiàn)2(Z)在這些點上符號的改變來得到LSP系數(shù)。符號的改變就意味著根在這個區(qū)間內(nèi)存在，接下來就把這個區(qū)間四等分，以跟蹤得到更好的根。切比雪夫多項式用來計算巧(X) , F2(Z)的根。在Z = 處多項式巧O) , F2(Z),可以被寫作
F(W) = 2 P5wCr (X)(6)
其中:σθτ) = Τ5(χ) + /(1)Γ4(χ) + /(2)·ξ(χ) + /(3)Γ2(χ)+/(5)/2。7；(χ) = _(■)即為切
比雪夫多項式。則/(加=1....，5要么是巧⑷的系數(shù)，要么是巧(2)的系數(shù)。多項式C(X)在X= cos(w)的某些可以用下面的遞歸式得出
權利要求
1.一種基于G729語音壓縮編碼算法的DSP優(yōu)化方法，其特征在于是按下列步驟進行 步驟一、在PC機上面安裝DSP的軟件開發(fā)環(huán)境，使用CCS3. 3版本； 步驟二、將G729語音編碼算法的開源源代碼移植到TMS320C55X上，并成功對語音編碼； 步驟三、分別對G729語音編碼算法中的LPC階段，進行多項式求根算法的改進；在固定碼本搜索階段，對碼本的搜索算法進行了優(yōu)化；在矢量距離的計算過程中，對距離搜索的過程進行了簡化； 步驟四、編譯器層面，具體的設置情況為_g -k -pm -al -o3 _ fr，其中_o3表示優(yōu)化的級別，選擇合適的優(yōu)化級別有利于程序的優(yōu)化，-Pm表示使能文件級別的優(yōu)化，-k表示生成對應的匯編文件，-g表示使用debug方式； 步驟五、C語言層面，在編碼階段和優(yōu)化階段，充分利用了 TMS320C55X和編譯器的特點，針對TMS320C55X DSP和CCS3. 3編譯器的特點，在C語言層面上，對一些模塊函數(shù)進行改與，實現(xiàn)聞效的循環(huán)和乘法成為最大的特點； 步驟六、匯編層面，利用了編譯器內(nèi)嵌的匯編基本函數(shù)庫來代替標準代碼中的基本運算函數(shù)，大大減少代碼運行時間；另外對一些特殊的代碼段，比如“綜合濾波器”，采用了手工匯編的方法，進一步加強了算法的實時性。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種基于G729語音壓縮編碼算法的DSP優(yōu)化方法，其特征在于步驟二中，由于TMS320C55X系列DSP硬件配置的多路數(shù)據(jù)和地址并行及眾多處理單元的特殊性，其代碼移植的cmd文件直接關系到硬件資源的分配。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種基于G729語音壓縮編碼算法的DSP優(yōu)化方法，其特征在于步驟三所述不同階段算法的改進 在LPC階段，矢量量化需要占用大量的時間，通過分析發(fā)現(xiàn)在LSP系數(shù)轉化為LSF系數(shù)相互轉化過程中，均要用到Chebyshev多項式來實現(xiàn)線譜對的搜索，在搜索的過程，需要把把(OJ)劃分成40個區(qū)間，每個區(qū)間進行2次搜索能保證正確性的情況下優(yōu)化了編碼時間； 對固定碼本搜索部分的改進措施，因為G729固定碼本搜索在40個可能的位置上進行，首先用每一個脈沖去計算表達式，在同一個軌道中按重大到小的重新排列，然后選擇最大的4個進行搜索；然后計算這幾個脈沖的貢獻，如果不符合要求再用深度搜索算法進行搜索，由于固定碼本采用特殊的代數(shù)結構，僅含4個非零脈沖，利用這個特點進行快速深度搜索，G729采用四層嵌套循環(huán)的方法進行搜索，每一次嵌套加入一個脈沖的貢獻，要完全搜索一遍需要搜索8192次，為了減小搜索的次數(shù)，在進入最后循環(huán)前，預先算出一個門限值，只有前3個循環(huán)的貢獻超過這個門限時才進行第4次搜索； 對矢量量化中距離計算的優(yōu)化，在G729的碼本搜索過程，有很多計算兩個向量的最小距離的地方，對于每一個矢量W1，計算加權誤差是馬，計算下一個誤差時，用這個誤差與計算結果進行比較，如果比在i為10以前，加權誤差已經(jīng)大于馬，就可以停止計算。
全文摘要
一種基于G729語音壓縮編碼算法的DSP優(yōu)化方法,其特征在于按下列步驟進行使用CCS3.3版本的DSP軟件開發(fā)環(huán)境并將G729語音編碼算法的開源源代碼一直到TMS320C55X上，成功對語音編碼；對算法中的LPC階段進行多項式求根算法的改進，在固定碼本搜索階段，對碼本的搜索算法進行了優(yōu)化，在矢量距離的計算過程中，對距離搜索的過程進行了簡化；對編譯器進行設置；依次在C語言層面和匯編層面，對一些模塊函數(shù)進行改寫。本發(fā)明顯著效果是提供了一種基于G729語音壓縮編碼算法的DSP優(yōu)化方法，具有編碼時間短的優(yōu)點，能夠解決多路語音在DSP上實時編碼的困難。
文檔編號G10L19/12GK102903366SQ20121034452
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權日2012年9月18日
發(fā)明者徐馭航, 陳磊, 唐先成, 王亮, 蔡自偉, 宋寧帥, 王牌, 龍濤 申請人:重慶大學