عنوان: پياده سازی بلادرنگ کدک صحبت استاندارد G.728 بر روی پردازنده TMS320C5402

قالب بندی: WORD

تعداد صفحات: 107

این پروژه در مورد پياده سازی بلادرنگ کدک صحبت استاندارد G.728 بر روی پردازنده TMS320C5402 می باشد که در 5 فصل و به صورت تحقیقی و پژوهشی تهیه و تنظیم شده ، کلیه استانداردهای مورد نیاز یک پروژه در آن رعایت شده و به صورت کامل می باشد. این پروژه به دانشجویان کارشناسی ارشد رشته های مخابرات ، برق صنعتی – الکتروتکنیک ، الکترونیک و دیگر رشته های مرتبط با آن پیشنهاد می گردد.

چکيده

کدک صحبت استاندارد G.728 ، يک کدک کم تاخير است که صحبت با کيفيت عالی را در نرخ بيت ۱۶ kbps ارائه می دهد و برای شبکه های تلفن ماهواره ای و اينترنت و موبايل که به تاخير زياد حساس هستند ، مناسب است. در اين رساله به پياده سازی بلادرنگ اينکدر و ديکدر G.728 بصورت دوطرفه کامل ( Full Duplex ) بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازيم .

روشی ترکيبی برای برنامه نويسی TMS ارائه می شود که در آن زمان وپيچيدگی برنامه نويسی نسبت به برنامه نويسی دستی به ۳۰% کاهش می يابد . در اين روش پس از برنامه نويسی و شبيه سازی مميزثابت الگوريتم کدک به زبان C ، با استفاده از نرم افزار Code Composer Studio CCS ، برنامه به زبان اسمبلی ترجمه شده و بهينه سازی دستی در کل کد اسمبلی صورت می گيرد . سپس بعضی از توابع مهم برنامه از نظر MIPS ، بصورت دستی به زبان اسمبلی بازنويسی می شوند تا برنامه بصورت بلادرنگ قابل اجرا گردد . در پايان نتايج اين پياده سازی ارائه می شود.

 

کلمات کليدی

کدينگ و فشرده سازی صحبت ، پياده سازی بلادرنگ ، DSP ، TMS320C5402 ، برد DSK

مقدمه

امروزه در عصر ارتباطات و گسترش روزافزون استفاده از شبكه هاي تلفن ،موبايل و اينترنت در جهان ومحدوديت پهناي باند در شبكه هاي مخابراتي ، كدينگ و فشرده سازي صحبت امري اجتناب ناپذير است . در چند دهه اخير روشهاي كدينگ مختلفي پديدآمده اند ولي بهترين و پركاربردترين آنها كدك هاي آناليزباسنتز هستند كه توسط Atal & Remedeدر سال ۱۹۸۲ معرفي شدند [۲] . اخيرا مناسبترين الگوريتم براي كدينگ صحبت با كيفيت خوب در نرخ بيت هاي پائين و زير ۱۶ kbps ، روش پيشگويي خطي باتحريك كد (CELP) مي باشد كه در سال ۱۹۸۵ توسط Schroeder & Atal معرفي شد [۸] و تا كنون چندين استاندارد مهم كدينگ صحبت بر اساس CELP تعريف شده اند.

در سال ۱۹۸۸ CCITT برنامه اي براي استانداردسازي يك كدك ۱۶ kbps با تاخيراندك و كيفيت بالا در برابر خطاهاي كانال آغاز نمود و براي آن كاربردهاي زيادي همچون شبكه PSTN ،ISDN ،تلفن تصويري و غيره در نظر گرفت . اين كدك در سال ۱۹۹۲ توسط Chen et al. تحت عنوان LD-CELP معرفي شد[۶] و بصورت استاندارد G.728 در آمد[۹] و در سال ۱۹۹۴ مشخصات مميز ثابت اين كدك توسط ITU ارائه شد[۱۰] . با توجه به كيفيت بالاي اين كدك كه در آن صحبت سنتزشده از صحبت اوليه تقريبا غيرقابل تشخيص است و كاربردهاي آن در شبكه هاي تلفن و اينترنت و ماهواره اي در اين گزارش به پياده سازي اين كدك مي پردازيم .

در فصل اول به معرفي وآناليز سيگنال صحبت پرداخته مي شود و در فصل دوم روش ها و استانداردهاي كدينگ بيان مي شوند . در فصل سوم كدك LD-CELP را بيشتر بررسي مي كنيم و در فصل چهارم شبيه سازي مميز ثابت الگوريتم به زبان C را بيان مي نمائيم. ودر پايان در فصل ۵ به نحوه پياده سازي بلادرنگ كدكG.728 بر روي پردازنده TMS320C5402 مي پردازيم.

معرفي سيگنال صحبت
صحبت در اثر دميدن هوا از ريه ها به سمت حنجره و فضاي دهان توليد مي‏شود. در طول اين مسير در انتهاي حنجره، تارهاي صوتي قرار دارند. فضاي دهان را از بعد از تارهاي صوتي ، لوله صوتي مي‏نا مند كه در يك مرد متوسط حدود cm 17 طول دارد . در توليد برخي اصوات تارهاي صوتي كاملاً باز هستند و مانعي بر سر راه عبور هوا ايجاد نمي‏كنند كه اين اصوات را اصطلاحاً اصوات بي واك مي‏نامند. در دسته ديگر اصوات ، تارهاي صوتي مانع خروج طبيعي هوا از حنجره مي‏گردند كه اين باعث به ارتعاش درآمدن تارها شده و هوا به طور غير يكنواخت و تقريباً پالس شكل وارد فضاي دهان مي‏شود. اين دسته از اصوات را اصطلاحاً باواك مي‏گويند.
فركانس ارتعاش تارهاي صوتي در اصوات باواك را فركانس Pitch و دوره تناوب ارتعاش تارهاي صوتي را پريود Pitch مي‏نامند. هنگام انتشار امواج هوا در لوله صوتي، طيف فركانس اين امواج توسط لوله صوتي شكل مي‏گيرد و بسته به شكل لوله ، پديده تشديد در فركانس هاي خاصي رخ مي‏دهد كه به اين فركانس هاي تشديد فرمنت مي‏گويند.
از آنجا كه شكل لوله صوتي براي توليد اصوات مختلف، متفاوت است پس فرمنت ها براي اصوات گوناگون با هم فرق مي‏كنند. با توجه به اينكه صحبت يك فرآيند متغيير با زمان است پس پارامترهاي تعريف شده فوق اعم از فرمنت ها و پريود Pitch در طول زمان تغيير مي‏كنند به علاوه مد صحبت به طور نامنظمي از باواك به بي واك و بالعكس تغيير مي‏كند. لوله صوتي ، همبستگي هاي زمان-كوتاه ، در حدود ۱ ms ، درون سيگنال صحبت را در بر مي‏گيرد. و بخش مهمي از كار كدكننده هاي صوتي مدل كردن لوله صوتي به صورت يك فيلتر زمان-كوتاه مي‏باشد. همان طور كه شكل لوله صوتي نسبتاً آهسته تغيير مي‏كند، تابع انتقال اين فيلتر مدل كننده هم نياز به تجديد ، معمولاً در هر ۲۰ms يکبارخواهد داشت.
در شكل (۱-۱ الف) يك قطعه صحبت باواك كه با فركانس ۸KHz نمونه برداري شده است ديده مي‏شود. اصوات باواك داراي تناوب زمان بلند به خاطر پريود Pitch هستند كه نوعاً بين ۲ms تا ۲۰ms مي‏باشد. در اينجا پريود Pitch در حدود ۸ms يا ۶۴ نمونه است. چگالي طيف توان اين قطعه از صحبت در شكل (۱-۱ ب) ديده مي‏شود[۳].
اصوات بي واك نتيجه تحريك نويز مانند لوله صوتي هستند و تناوب زمان- بلند اندكي را در بر دارند ، همانگونه كه در شكل هاي (۱-۱ ج) و (۱-۱ د) ديده مي‏شود ولي همبستگي زمان كوتاه به خاطر لوله صوتي در آنها هنوز وجود دارد.

فهرست مطالب

مقدمه

فصل ۱ : بررسی و مدل سازی سيگنال صحبت

۱-۱- معرفی سيگنال صحبت

۱-۲- مدل سازی پيشگويی خطی

۱-۲-۱- پنجره کردن سيگنال صحبت

۱-۲-۲- پيش تاکيد سيگنال صحبت

۱-۲-۳- تخمين پارامترهای LPC

فصل ۲ : روش ها و استانداردهای کدينگ صحبت

۲-۱- مقدمه

۲-۲- روش های کدينگ

۲-۲-۱- کدرهای شکل موج

۲-۲-۲- کدرهای صوتی

۲-۲-۳- کدرهای مختلط

الف- کدرهای مختلط حوزه فرکانس

ب- کدرهای مختلط حوزه زمان

فصل ۳ : کدر کم تاخير LD-CELP

۳-۱- مقدمه

۳-۲- بررسی کدرکم تاخير LD-CELP

۳-۲-۱- LPC معکوس مرتبه بالا

۳-۲-۲- فيلتر وزنی شنيداری

۳-۲-۳- ساختار کتاب کد

۳-۲-۳-۱- جستجوی کتاب کد

۳-۲-۴- شبه ديکدر

۳-۲-۵- پست فيلتر

فصل ۴ : شبيه سازی مميزثابت الگوريتم به زبان C

۴-۱- مقدمه

۴-۲- ويژگی های برنامه نويسی مميز ثابت

۴-۳- ساده سازی محاسبات الگوريتم

۴-۳-۱- تطبيق دهنده بهره

۴-۳-۲- محاسبه لگاريتم معکوس

۴-۴- روندنمای برنامه

۴-۴-۱- اينکدر

۴-۴-۲- ديکدر

فصل ۵ : پياده سازی الگوريتم برروی DSP

۵-۱- مقدمه

۵-۲- مروری بر پياده سازی بلادرنگ

۵-۳- چيپ های DSP

۵-۳-۱- DSP های مميزثابت

۵-۳-۲- مروری بر DSP های خانواده TMS320

۵-۳-۲-۱- معرفی سری TMS320C54x

۵-۴- توسعه برنامه بلادرنگ

۵-۵- اجرای برنامه روی برد توسعه گر C5402 DSK

۵-۵-۱- بکارگيری ابزارهای توسعه نرم افزار

۵-۵-۲- استفاده از نرم افزار CCS

۵-۵-۳- نتايج پياده سازی

۵-۶- نتيجه گيری و پيشنهاد

ضمائم

ضميمه (الف) : ديسکت برنامه های شبيه سازی مميز ثابت به زبان C و پياده سازی کدک به زبان اسمبلی

ضميمه (ب) : مقايسه برنامه نويسی C و اسمبلی

مراجع