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语音信号编码解码


广州大学学生实验报告
开课学院及实验室:物理与电子工程学院
班级 光信 121 姓名 学号 数字信号处理实验Ⅰ 语音信号编码解码

2015 年 05 月 4 日
指导老师 成绩

实验课程名称 实验项目名称

一、实验目的 二、实验原理 三、使用仪器、材料 四、实验步骤 五、实验过程原始记录(数据、图案、计算等) 六、实验结果及分析 一.实验目的 1.熟悉 ICETEK-VC5509-A 板上语音 codec 芯片 TLV320AIC23 的设计和程序控制原理。 2.了解语音编码 G.711 的特点、工作原理及其编程。 3.了解 PCM 编码过程及应用,学习 ALaw 压缩解压缩方法的运算过程和程序编制实现。 4.通过实验体会语音编解码过程及应用。 二.实验原理 1.TLV320AIC23 芯片性能指标及控制方法: -请参见本书第一部分、第五节。 -请参见实验 7.1、三、1。 -位置及其插座:

2.G.711 语音编码标准: G.711 是国际电报电话咨询委员会 (CCITT)和国际标准化组织 (ISO)提出的一系列有关音 频编码算法和国际标准中的一种。应用于电话语音传输。 G.711 是一种工作在 8kHz 采样率模式下的脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)方 案,采样值是 8 位的。按照恩奎斯特法则规定,采样频率必须由高于被采信号最大频率成 分的 2 倍, G.711 可以编码的频率范围是从 0 到 4kHz。 G.711 可以由两种编码方案: A 律 和μ 律。G.711 采用 8kHz、8 位编码值,占用带宽为 64kbps。

3.PCM 编码: 在电话网络中规定,传输语音部分采用 0.3 到 3.3kHz 的语音信号。这一频率范围可覆 盖大部分语音信号, 它可以保留语音频率的前 3 个共振峰信息, 而通过分析这 3 个共振 峰的频率特性和幅度特性可以识别不同人,而 0-0.3Hz 和 3.3kHz-4kHz 未用,也被当成保 护波段。总之,电话网络具有 4kHz 的带宽。由于需要通过这一带宽传送小幅变化的语音 信号,需要借助于脉冲调制编码(PCM),使模拟的语音信号在数字化时使用固定的精度,以 最小的代价得到高质量的语音信号。 PCM 编码需要经过连续的三步:抽样、量化和编码。抽样取决于信号的振幅随时间的变 化频率, 由于电话网络的带宽是 4kHz 的, 为了精确地表现语音信号, 必须用至少 8kHz 的 抽样率来取样。量化的任务是由模拟转换成数字的过程,但会引入量化误差,应尽量采用较 小的量化间隔来减小这一误差。最后,编码完成数字化的最后工作,在编码的过程中,应保 存信息的有效位,而且算法应利于快速计算,无论是编码还是解码。 其中,压扩运算可以采用两种标准:A 律(A-law)和μ 律(μ -law)。μ 律是美洲和日本的公 认标准,而 A 律是欧洲采用的标准。我国采用的是欧洲标准。 4.A 律压扩标准: A 律(A-Law)编码的数据对象是 12 位精度的, 它保证了压缩后的数据有 5 位的精度并 存储到一个字节(8 位)中。其方程如下: F(x) = sgn(x) A |x| / (1 + lnA) 0 < |x| < 1/A = sgn(x) (1+ln A|x|) /(1 + lnA) 1/A < |x| < 1 其中,A 为压缩参数取值 87.6,x 为规格化的 12 位(二进制)整数。下面是用折线逼近 的压缩方程曲线示意图:

三.实验设备 计算机,ICETEK-VC5509-EDU 实验箱(或 ICETEK 仿真器+ICETEK-VC5509-A 系统板+ 相关连线及电源) ,耳机,麦克风。 四.实验步骤 1.实验准备: ⑴连接实验设备:请参看本书第三部分、第一章、二。 ⑵准备音频输入、输出设备。 ① 测 试 计 算 机 语 音 输 出 :用“ 我 的 电 脑 ”帮 助 启 动 播 放 语 音 文 件 C:\ICETEK-VC5509-EDULab\Lab0702-AudioG711\Audio\LineIn.mp3, 并选择播放器参数 为循环播放;将耳机上音频输入插头插入计算机上耳机插座;仔细听耳机中是否有输出、左 右声道应该输出不同。 ②拔下耳机音频输入插头,用实验箱附带的音频连接线(两端均为 双声道音频插头)连接计 算机耳机输出插座和 ICETEK-VC5509-A 板上 J5 插座,上图中“麦克风输入” 。 ③将耳机上音频输入插头插到 ICETEK-VC5509-A 板的 J7 插座, 即上图中 “耳机输出” 。 ④调节耳机上音量旋钮到适中位置。 2.设置 Code Composer Studio 2.21 在硬件仿真(Emulator)方式下运行: 请参看本书第三部分、第一章、四、2。 3.启动 Code Composer Studio 2.21: 请参看本书第三部分、第一章、五、2。 选择菜单 Debug→Reset CPU。 4.打开工程文件: 工程目录为:C:\ICETEK-VC5509-EDULab\Lab0702-AudioG711\audio.pjt。 5.编译、下载、运行程序到 main 函数。 6.设置观察窗口: 打开 aic23.c,将变量 bCodec 加入观察窗口。 7.运行程序,听效果: -按“F5”键,可以听到立体声线路输入的语音信号。这时的语音信号并未经过压扩处理。 -修改观察窗口中 bCodec 的值为非 0 值,启动 A-law 压扩算法,听效果。

-反复修改 bCodec 的值成 0 或非 0,比较原声和编码并还原的声音。 8.退出 CCS: 请参看本书第三部分、第一章、六。 五.实验结果 分析:压扩后的声音与原声质量相近,且左右声道使用一个缓冲区存储,至少节省了一半 存储空间。实验程序采用了直接计算方法进行压缩和解压缩。


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