语音信号μ/A律压缩的DSP软件实现(英文文献+中期报告)
1.1 此项研究的目的和意义
在现今的电子信息技术领域，数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行压缩就难以得到更广泛的应用。现代通信中，科学技术的飞速发展，图像、数据等非话音信息在通信信息总量中所占的比例大大提高，而且这种提高的趋势仍然会继续下去。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。
数据压缩能较快地传输各种信号，如传真、Modem通信等；在现有的通信干线并行开通更多的多媒体业务，如各种增值业务；紧缩数据存储容量，如CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory，只读光盘)、VCD(Video Compact Disc，视频光盘)和DVD(Digital Video Disc/Disk，数字化视频光盘)等；降低发信机功率，这对于多媒体移动通信系统尤为重要。由此看来，通信时间、传输带宽、存储空间甚至发射能量，都可能成为数据压缩的对象。
但是，到目前为止，在大多数通信系统中，传输最多的仍然是语音信号，尤其是最近20年，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。
在实际过程中，各种压缩系统采用不同的算法和标准，但其基本原理和处理方法是相同的，一个典型的语音压缩/解压缩过程主要包括语音输入、A /D转换、DSP压缩/解压缩处理、D /A 转换、语音输出几部分。输入包括采集信号、滤波放大等过程；语音信号的压缩/解压缩就是采用一定的算法和标准对数据进行压缩/解压缩，这是语音压缩技术的核心；输出部分包括信号的转换、滤波、放大和信号输出。对于语音处理来说，压缩倍率越高，编码算法也越复杂，实时压缩就不可能用逻辑电路实现，也不会用体积大、速度慢、成本高的微机实现。而DSP就是一种合适的选择绝大多数的DSP芯片能够在一个指令周期内完成一次加法和乘法运算，这就有利于数字信号的快速处理，因此非常适合语音信号的压缩处理。DSP的使用不仅为语音压缩算法的应用提供了广阔的前景，而且使系统的设计变得简单，可靠性也大为提高。因此基于这样的背景，设计课题《语音信号μ/A律压缩的DSP软件实现》有较强的现实意义。
1.2 同类技术在国内外的发展概况
DSP数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对语音信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式，数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如：在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具；与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。虽然数字信号处理的理论发展迅速，但在20世纪80年代以前，由于实现方法的限制，数字信号处理的理论还得不到广泛的应用。直到20世纪70年代末80年代初世界上第一片单片可编程DSP芯片的诞生，才将理论研究结果广泛应用到低成本的实际系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。
20世纪70年代理论先行，80年代产品普及，90年代以后突飞猛进。90年代DSP发展最快，现在的DSP系统集成度高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。经过30多年的发展，对DSP爆炸性需求的时代已经来临，前景十分可观。尽管DSP市场日趋成熟，但仍有成长空间。互联网和设备个性化是当前信息社会的特征。互联网是PC时代全球经济新的增长点，由于PC市场仍未饱和，市场潜力巨大，也是DSP潜在的应用领域。而手机、PDA、MP3播放器以及手提电脑等则是设备个性化的典型代表，这些设备的发展水平取决于DSP的发展。新的形势下，DSP面临的要求是处理速度更高，功能更多更全，功耗更低，存储器用量更少。DSP的技术发展将会有以下一些走势：第一，系统级集成DSP是潮流。缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。第二，可编程DSP是主导产品。可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。许多微控制器能做的事情，使用可编程DSP将做得更好更便宜。第三，追求更高的运算速度。目前一般的DSP运算速度为100MIPS，即每秒钟可运算1亿条指令。由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐。
DSP是目前电子工业领域增长最迅速的产品之一，据世界半导体贸易统计组绿(WSTS)发布的统计和预测报告显示1996~2005年，全球DSP市场将一直保持稳步增长，其中2000年的增长率为37%，2001年为8%，并且从2001年到2005年，增长率将逐年递增2005年的增长率达34%。因此，全球DSP市场的前景非常广阔，DSP产业将成21世纪最具发展潜力的朝阳产业。近年来，随着DSP芯片产品价格的不断下滑，使DSP能够从以往的军用领域迅速拓展到民用领域，例如应用于计算机、网络、移动电话、调制解调器和磁盘驱动器以及众多的消费电子产品。随着DSP芯片的品种和技术档次不断提高以及向多功能化、高性能化、低功耗化放向发展，DSP日益进入人们的生活，在未来相当长的一段时间，我国DSP市场将蓬勃发展，今后几年市场销售额仍将保持40％以上的增长率，具有良好的市场前景
当前虽然DSP无论是作为一种成熟的技术还是一种成熟的产品均已成为数字信息时代的主流，但是其市场化拓展还存在这巨大的空间。DSP的三大要素即性能、价格和功耗与其市场拓展息息相关。挑战更高的性能，尽可能降低价格和功耗，永远是DSP追求的目标。DSP的应用已经涵盖了工业、通信、娱乐、个人医疗、教育、环境控制、安全等领域，我们期待着更多更好的应用。
1.3 方案论证
1.3.1 本题目的设计方案选择
目前，语音信号压缩技术发展十分迅速，出现了很多高效率的语音压缩编码方法。以语音信号压缩的国际标准G.729为例，它可将经过采样的64kb/s 语音信号高保真地压缩到8kb/s，但其模型编码算法的运算量很大。同时又要求对语音信号进行实时采样实时压缩处理，这样对数据采集和处理系统提出了更高的要求。
针对上述的问题通常的解决方法有三种：
第一种方法是使用嵌入式处理器( 比如凌阳SPCE061A 芯片) 构成嵌入式语音系统实现语音处理压缩功能。该方法设计简单，价格便宜，使用方便灵活。但语音处理能力有限。只有在数据量不大、处理系统不繁忙的情况下，这种方法才有效。
第二种方法是使用FPGA/CPLD 构成片上系统实现实时语音压缩处理。该方法开发周期短，利用重配置可以减少硬件的开销。但在比较低的取样速率时和有很高复杂度的软件问题的情况下，FPGA 实现很困难。
第三种方法是使用通用数字信号处理器(DSP)强大的数据处理能力，由于DSP采用内部多总线结构，使数据的存储和指令的执行更加快捷。最重要的一点是，DSP 具有快速的指令周期，如TMS320系列己经从第一代的200ns降低到现在的5ns(1600MI PS)以下，如此高的运算速度使其可以满足许多实时处理的需要。
语音信号的编码方式一般为PCM(Pulse Code Modulation)编码。由于需要采集、存储、传输和处理的音频数据量极大，只有进行压缩后才能正常进行传输和存储。
语音信号的编码方式一般为PCM编码，采用DSP可以直接对PCM编码后的语音信号进行μ/A律压缩。PCM编码即脉冲编码调制，也就是将模拟信号转换成数字
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