低碼率語音編碼MELP聲碼器的SOPC實現

　　摘 要： 討論了低碼率語音編碼MELP的編解碼過程，有效降低了語音編碼碼率并能使說話者個人語音特征減弱，特別適合需要弱化說話者語音特點的場合。給出了其FPGA的硬件實現框圖，據此可進行具體的硬件設計。同時給出了MELP編解碼框圖，可用于進一步的軟件編制。

　　語音編碼技術在當今數字通信尤其在無線系統中發揮著越來越重要的作用。利用語音編碼技術可有效降低信息存儲量、提高信道利用率。混合激勵線性預測(MELP)語音編碼算法能在較低碼率下提供較高的語音質量、自然度和清晰度，已成為美國國防部新的2.4 Kb/s的語音編碼標準。

　　Nios II處理器是Intel公司為Altera公司推出的32位精簡指令處理器軟核。在Altera公司推出的軟件SOPC中加載Nios II軟核和相應的外圍接口以及與定義相應的自定義指令，對設計進行綜合，下載到FPGA中就可以方便地實現一個具有高速DSP功能的嵌入式處理器[1]。

　　由硬件實現復雜的算法通常比軟件實現更高效。利用Altera公司的Nios II嵌入式處理器的定制指令，可以把用戶自定義的功能直接添加到Nios II CPU的算術邏輯單元(ALU)中，以加快專項任務的執行速度。自定義指令的優勢就在于可以將程序代碼中的瓶頸部分改用硬件指令支持，用自定義的指令使程序得到加速。

　　1 MELP的構成

　　MELP聲碼器的采樣率為8 kHz，每個樣點值用16 bit量化，每180個樣點為1幀，幀長22.5 ms，每幀量化bit數為54 bit，總的速率為2.4 Kb/s。

　　MELP聲碼器是建立在傳統的二元激勵LPC模型基礎上，采用了混合激勵、非周期脈沖、自適應譜增強、脈沖整形濾波和傅氏級數幅度值等5項新技術，使得合成語音能更好地擬合自然語音。圖1所示為MELP編解碼原理框圖[2]。