پایان نامه پیاده سازی بلادرنگ کدک صحبت استاندارد G روی پردازنده TMS

فهرست

مقدمه

فصل اول : بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت

معرفی سیگنال صحبت

مدل سازی پیشگویی خطی

پنجره کردن سیگنال صحبت

پیش تاکید سیگنال صحبت

تخمین پارامترهای LPC

فصل دوم : روش ها و استانداردهای کدینگ صحبت

مقدمه

روش های کدینگ

کدرهای شکل موج

کدرهای صوتیکدرهای مختلط

الفکدرهای مختلط حوزه فرکانس

بکدرهای مختلط حوزه زمان

فصل سوم : کدر کم تاخیر LDCELP

مقدمه

بررسی کدرکم تاخیر LDCELP

LPC معکوس مرتبه بالا

فیلتر وزنی شنیداری

ساختار کتاب کد

جستجوی کتاب کد

شبه دیکدر

پست فیلتر

فصل چهارم : شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم به زبان C

مقدمه

ویژگی های برنامه نویسی ممیز ثابت

ساده سازی محاسبات الگوریتم

تطبیق دهنده بهره

محاسبه لگاریتم معکوس

روندنمای برنامه

اینکدر

دیکدر

فصل پنجم : پیاده سازی الگوریتم برروی DSP

مقدمه

مروری بر پیاده سازی بلادرنگ

چیپ های DSP

DSP های ممیزثابت

مروری بر DSP های خانواده TMS320

معرفی سری TMS320C54x

توسعه برنامه بلادرنگ

اجرای برنامه روی برد توسعه گر C5402 DSK

بکارگیری ابزارهای توسعه نرم افزار

استفاده از نرم افزار CCS

نتایج پیاده سازی

نتیجه گیری و پیشنهاد

ضمیمه (الف) : دیسکت برنامه های شبیه سازی ممیز ثابت به زبان C و پیاده سازی کدک به زبان اسمبلی

ضمیمه (ب) : مقایسه برنامه نویسی C و اسمبلی

مراجع

*******************

چکیده

کدک صحبت استاندارد G.728 ، یک کدک کم تاخیر است که صحبت با کیفیت عالی را در نرخ بیت 16 kbps ارائه می دهد و برای شبکه های تلفن ماهواره ای و اینترنت و موبایل که به تاخیر زیاد حساس هستند ، مناسب است. در این رساله به پیاده سازی بلادرنگ اینکدر و دیکدرG.728 بصورت دوطرفه کامل (Full Duplex) بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم .

روشی ترکیبی برای برنامه نویسی TMS ارائه می شود که در آنزمان و پیچیدگی برنامه نویسی نسبت به برنامه نویسی دستی به 30% کاهش می یابد . در این روش پس از برنامه نویسی و شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم کدک به زبان C ، با استفاده از نرم افزار Code Composer Studio) CCS) ، برنامه به زبان اسمبلی ترجمه شده و بهینه سازی دستی در کل کد اسمبلی صورت می گیرد. سپس بعضی از توابع مهم برنامه از نظر MIPS ، بصورت دستی به زبان اسمبلی بازنویسی می شوند تا برنامه بصورت بلادرنگ قابل اجرا گردد . در پایان نتایج این پیاده سازی ارائه می شود .

بخشهایی از متن هر فصل تحقیق

بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت

معرفی سیگنال صحبت

صحبت در اثر دمیدن هوا از ریه ها به سمت حنجره و فضای دهان تولید می شود. در طول این مسیر در انتهای حنجره، تارهای صوتی قرار دارند. فضای دهان را از بعد از تارهای صوتی ، لوله صوتی می نا مند که در یک مرد متوسط حدود cm 17 طول دارد . در تولید برخی اصوات تارهای صوتی کاملاً باز هستند و مانعی بر سر راه عبور هوا ایجاد نمی کنند که این اصوات را اصطلاحاً اصوات بی واکمی نامند. در دسته دیگر اصوات ، تارهای صوتی مانع خروج طبیعی هوا از حنجره می گردند که این باعث به ارتعاش درآمدن تارها شده و هوا به طور غیر یکنواخت و تقریباً پالس شکل وارد فضای دهان می شود. این دسته از اصوات را اصطلاحاً باواک می گویند.

فرکانس ارتعاش تارهای صوتی در اصوات باواک را فرکانس Pitch و دوره تناوب ارتعاش تارهای صوتی را پریود Pitch می نامند. هنگام انتشار امواج هوا در لوله صوتی، طیف فرکانس این امواج توسط لوله صوتی شکل می گیرد و بسته به شکل لوله ، پدیده تشدید در فرکانس های خاصی رخ می دهد که به این فرکانس های تشدید فرمنت می گویند.

روش ها و استاندارهای کدینگ صحبت

کدینگ دیجیتال صحبت موضوع تحقیقات بیش از سه دهه اخیر بوده و روش های زیادی برای کدینگ صحبت پدید آمده است .کیفیت صحبت و نرخ بیت دو عامل اساسی هستند که بطور مستقیم با هم درگیر می باشند و هر چه نرخ بیت پایین تر بیاید، از کیفیت صحبت کاسته می شود. برای سیستم هایی که به شبکه تلفن متصل می شوند ، صحبت کد شده باید دارای کیفیت خوبباشد تا با استانداردهای ITU مطابقت داشته باشد اما برای سیستم های محدود مانند شبکه های تجاری خصوصی و سیستم های نظامی ، ممکن است عامل نرخ بیت مهمتر از کیفیت بالای صحبت باشد . از ویژگیهای سیستم های کدینگ صحبت ، تأخیر کدینگ می باشدکه مقدار آن به کیفیت مورد نیاز سیستم ارتباط نزدیک دارد .تأخیر کدینگ شامل تاخیر الگوریتمی (بافر کردن صحبت برای آنالیز)، تاخیر محاسباتی (زمان لازم برای پردازش و ذخیره کردن نمونه های صحبت) و تاخیر مربوط به ارسال و انتقال می باشد . تاخیر اندک در سیستم های مخابراتی باعث کاهش اثراکو در آن سیستم می شود. از ویژگیهای دیگر سیستم ها توانایی آنها برای ارسال داده در باند صوتی است.

کدر کم تاخیر LD-CELP

مقدمه

امروزه با توجه به استفاده روزافزون از شبکه های تلفن و موبایل و نیاز به استفاده موثرتر از ظرفیت شبکه های مخابراتی ، کدرهایی که در نرخ بیت متوسط (16 kbps )، صحبتی با کیفیتبالا و حداقل تاخیر ممکن تولید نمایند ، مورد توجه خاصی قرار گرفته اند . تاخیر کلی در یک سیستم مخابراتی را می توان ناشی از عوامل زیر دانست :

تاخیر بافر کردن در اینکدر و دیکدر که بعلت جمع آوری نمونه های مورد نیاز آنالیز LPC است . تاخیر پردازش در این کدر و دیکدر که در اثر پردازش روی نمونه های بافر شده می باشد . پردازش نمونه های بافر شده باید در فرصت بافر کردن، کامل شود چرا که باید برای پردازش نمونه های بعدی آماده بود . تاخیر ارسال که در سیستم های ماهواره ای بسیار مهم است و قابل کنترل بوسیله کدر صحبت نمی باشد .

بنابراین تاخیر کلی سیستم را می توان مجموع عوامل فوق دانست و معمولا حداکثر تاخیر را 4 برابر تاخیر بافر کردن در نظر می گیرند

شبیه سازی ممیز ثابت الگوریتم به زبان C

شبیه سازی یک الگوریتم بر روی کامپیوتر بوسیله یک زبان سطح بالا مانند C ،گام نخست جهت پیاده سازی آن الگوریتم بر روی DSP بشمار می رود . همانطور که در فصل 5 بیان خواهد شد،با توجه به پیاده سازی کدک G.728 بر روی DSP های ممیزثابت ، لازم است که ابتداآلگوریتم کدک را بصورت ممیزثابت شبیه سازی نماییم. در این فصل ابتدا ویژگی های برنامه نویسی ممیز ثابت را شرح میدهیم .سپسساده سازی محاسبات برای برنامه نویسی ممیزثابت را بیان نموده و پس از آن بلوک ها ومتغییرهای برنامه را به اختصار شرح می دهیم. در قسمت آخر هم روندنمای برنامه اینکدر و دیکدر را توصیف می کنیم .

ویژگی های برنامه نویسی ممیز ثابت

نمایش اعداد

واحد پایه در پیاده سازی 16 بیتی ، کلمه 16 بیتی است که برای اعداد صحیح علامت دار بین 32767 تا 32768- تغییر می کند و بصورت مکمل 2 ذخیره می گردد.

پیاده سازی الگوریتم بر روی DSP

پس از شبیه سازی الگوریتم کدک G.728 به زبان C، نوبت به انتخاب DSP و پیاده سازی برنامه برروی آن می رسد . در این فصل ابتدا مروری بر نحوه پیاده سازی بلادرنگ داریم . سپس به معرفی DSP های سری TMS می پردازیم. در قسمت بعدی نحوه برنامه نویسی TMS و تبدیل کد برنامه از زبان C به زبان اسمبلی TMS و بهینه سازیآن رابهمنظور پیاده سازی بی درنگ شرح می دهیم .

مروری بر پیاده سازی بلادرنگ

یک پروسه بلادرنگ ، فرآیندی است که باید در زمان مشخص انجام پذیرد. این حد زمانی ممکن است از مرتبه 200us تا حدود 20 ms برسد . در کدینگ صحبت با فرض نرخ نمونه برداری 8 khz، برای کدری که بصورت نمونه به نمونه کارمی کند ، پردازش بلادرنگ باید در زمان 0.125 ms انجام شود . اما در کدرهای جدید مانند کدک CELP، فرآیند کدینگ ، بصورت بلوکی و با طول بلوک اصلی در حدود 20-30 ms (فریم اصلی) و طول بلوک فرعی 4-8 ms (فریم فرعی) صورت می گیرد که باعث افزایش محدودیت زمانی مجاز می شود .

به موازات پیشرفت در الگوریتم های کدینگ صحبت ، تکنولوژی پردازنده های DSP هم در چند سال اخیر پیشرفت زیادی داشته و با استفاده از DSP های قدرتمند ممیز ثابتو ممیز شناور، امکان پیاده سازی بلادرنگ الگوریتم های صحبت بسیار پیچیده همچونCELP فراهم شده است DSP های ممیز ثابت ارزانتر هستند ولی از نظر برنامه نویسی مشکل تر می باشند. هر چند که از نظر قیمت ،استفاده از یک DSP ممیز ثابت بهتر به نظر می رسد اما طراحی یک نسخه ممیز ثابت از یک الگوریتم کدینگ صحبت که ممیز شناور است کاری دشوار و گاهی غیر ممکن می باشد زیرا باید اثرات مقیاس کردن ، نرمالیزه کردن و سرریز شدن را در نظر گرفت.

...