基于ARM7TDMI內核SEP3203處理器的語音信號的軟件實時編解碼的實現

本文基于東南大學國家專用集成電路系統工程技術研究中心自主研發的ARM7TDMI內核的32位嵌入式SoC——SEP3203處理器，采用G.721標準ADPCM算法，實現了語音信號的軟件實時編解碼，為語音處理應用提供了一種有效的嵌入式解決方案。

　　1 G.721標準概述

　　1937年，A.H.Reeves提出脈沖編碼調制(PCM)，開創了語音數字化通信的歷程。CCITT在20世紀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等編碼標準。其中，G.721協議作為ADPCM的典型算法，不僅具有與PCM近乎相同的語音質量，而且有簡單的算法結構和優良的抗誤碼性能，在衛星、海纜及便攜式數字語音設備等方面都有廣泛應用。G.721算法的簡化框圖如圖1所示。

　　編碼過程：

　　① 計算Sl(k)與自適應預測器輸出Se(k)的差值E(k)=Sl(k)-Se(k);

　　② 通過自適應量化模塊對E(k)進行量化，得到ADPCM碼字I(k);

　　③ 通過自適應反量化模塊對I(k)計算得到量化差分預測信號Dq(k);

　　④ 根據重建信號Sr(k)=Se(k)+Dq(k)和Dq(k)更新預測濾波器系數;

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

　　解碼過程：

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

　　② 對重建信號Sr(k)進行PCM格式轉換，得到PCM碼字Sp(k);

　　③ 采用與編碼器相同的方法更新預測濾波器系數;

　　④ 為實現雙向通信，同步調整Sp(k);

　　⑤ 利用新的濾波器系數，重復上述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