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基于ARM的嵌入式语音存储系统设计

发布时间:2020-06-30 19:10:17 阅读: 来源:花生厂家

摘要:为了有效地节省语音数据的传输带宽和存储系统的磁盘空间,需要在保证语音质量的前提下尽可能降低其编码比特率。本设计采用经过优化的G.729语音压缩编译码算法,以ARM处理器为载体,开发的嵌入式语音存储系统可实现语音信号的海量存储,而且处理速度快、可靠性好、扩展方便。通过严格的测试和评估,该系统能够实现对大量语音数据的压缩和记录,各项指标基本达到了预期的水平。

本文引用地址:关键词:ARM;语音压缩;G.729;语音存储

1 系统控制核心

嵌入式操作系统软硬件结构框图如图1所示,由硬件层、驱动层、系统层和应用层组成。硬件层包括嵌入式处理器最小系统、存储器(SD RAM、Flash、ROM等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等),其中Linux实时操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。硬件层的核心是嵌入式处理器,在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式处理器最小系统。中间的驱动层将上层软件和底层硬件分离开,为其连接提供接口。系统层主要负责软件硬资源的分配、内存管理、任务调度、文件处理等,是软件层的核心。应用层为用户提供编程接口,实现各种应用功能。

1.1 系统软件核心

Linux操作系统的内核主要由进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信五个子系统组成,各个子系统之间都存在着不可分割的依赖关系。内核为设备驱动提供支持,实现设备控制与应用;设备驱动为上层提供标准接口,完成硬件细节的封装。可以根据设计需要对内核模块进行适当的裁减,制作出理想、实用的操作系统。

1.2 系统硬件核心

Samsung公司的S3C2440A处理器是一款以手持设备为主而设汁的芯片。这款处理器支持NOR Flash和NAND Flash启动方式,内部集成LCD、I2C总线、AC97、Camera等控制器。提供丰富的接口资源,方便与外设连接,易于扩展。

2 G.729算法概述

2.1 G.729编码原理

G.729编码标准采用CS-ACELP语音压缩编码技术,其核心原理是线性预测和二级量化。每个10 ms的语音帧包含80个采样点,在每个这样的语音中都要进行线性预测(LP)分析,计算出LP滤波器系数,再转换为线性谱对参数(Line Spectrum Pari,LSP),并使用有两个阶段

的预测矢量量化器(Vector Quantization,VQ)进行18比特量化。然后编码器以原始语音和合成语音的误差感觉加权最小为准则采用A-B-S(Analysis-By-Synthesis,分析合成)方法搜索激励信号,激励参数(固定码书参数和自适应码书参数)每个子帧(5 ms帧长,40个采样点)确定一次,感觉加权滤波器的系数由未量化的LP系数产生。

2.2 G.729解码原理

解码是编码的逆过程,其原理为:首先从获得的码流中提取出参数的索引,这些参数包括LP滤波器系数、自适应码书矢量以及固定码书矢量和增益,它们分别解码后,可获得一个LSP系数、两个音节延迟、两组自适应码书和固定码书增益等对应于10 ms语音帧的编码器参数。

然后将LSP系数进行内插操作,转换为每个5 ms子帧的LP滤波器系数,再对每个子帧进行如下操作:

①经各自增益缩放的自适应矢量和固定码本矢量相加,得到重建的激励信号;

②将激励信号通过LPC合成滤波器,得到重建语音;

③重建的语音信号经过各种滤波器的后续处理,实现信号的放大和改善。

2.3 G.729算法优化

在G.729编码算法中,采用量化码本结构。其基本原则如下:首先计算出K维码本里的各个码字矢量的平均值并存储起来;然后求出输入信号矢量平均值和各个码字矢量平均值的均方误差值;最后用遍历法找到这些均方误差中的最小值Dmin,与之相对应的码字即为最佳逼近码字。采用这种搜索方法加快了编码速度,减少了搜索时间,并没有改变矢量量化的精度。

3 系统硬件结构

系统硬件结构框图如图2所示。S3C2440A作为整个系统的主控芯片,DC电源、复位电路、时钟电路作用于系统的每个部分;存储模块包括SDRAM、Flash以及外接的CF或SD卡等;调试模块包括JTAG接口、RS232接口以及网络接口三个部分;音频模块的主要工作由编解码器UDA1 341完成,扩展接口由USB接口、IDE接口构成,交互模块由TFT LCD和触摸屏构成。其中,音频模块和IDE扩展接口是研究的重点。

linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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