基于ARM嵌入式处理器的实时录音编码研究与实现

论文题目: 基于ARM嵌入式处理器的实时录音编码研究与实现

论文类型: 硕士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 荆涛

导师: 陆生礼

关键词: 语音编码,指令模拟器,功耗评估

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文面向手持终端专用系统芯片(Garfield4)的设计,研究和开发在便携式设备上实现实时语音的压缩语音编码方案,并提出一种有效的系统性能评估和功耗优化方案。Garfield4系统芯片以ARM7TDMI为内核、不带CACHE,内部嵌入高速内存(eSRAM)和多媒体加速器(MMA)等电路模块。本文首先介绍了语音编码的一些主要特点,对不同的算法做了简单比较。随后详细介绍了两种不同的压缩算法-G.726和G.729A;根据Garfield4芯片本身的特点,本文采用定点算法实现实时语音压缩。论文详细分析了定点化过程,以及定点化的原则及方法。随后,本文针对算法本身,在全局、函数、算法、汇编等不同的级别采用了多种优化方案;针对ARM内核特性进行了优化;针对Garfield芯片硬件资源,如eSRAM、MMA等进行了软件优化设计。在此基础上,论文基于高层C模型,在ARM ISS模拟器上,针对ARM7TDMI、ARM720T、ARM9内核进行了G.726和G.729A语音编码能力的评估,其中将基于ARM7TDMI的G.726评估结果与实际Garfield4芯片的测试结果进行了对比,结果显示,在ARM ISS模拟器上通过高层模型所作的评估与芯片测试误差较小,表明该评估方法对于实际系统设计有良好的指导意义。同时本文也给出了两种不同算法优化之后的音质分析,以及针对G.729A压缩算法,不同的存储策略,对于存储器功耗的影响,得到了一种比较好的低功耗存储方案,符合手持设备的需求。本文基于Garfield4芯片,成功完成了G.726的语音实时压缩编码,在系统时钟为70MHz时,编码能力可达到36.08 KByte/s。本文还完成了G.729A的性能分析,由于受到Garfield4处理能力和G.729A算法复杂度的限制,G.729A难以在现有的Garfield芯片上实现实时编码。针对未来的Garfield系列芯片(采用ARM9内核或ARM720T),本文完成了G.729A的系统架构评估分析,结果表明采用ARM9内核或ARM720T内核的Garfield芯片都可以胜任G.729A的实时编码。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 序论

1.1 项目背景

1.2 项目主要工作及意义

1.3 本文结构

第二章 嵌入式编码系统

2.1 Garfield4 系统的基本组成

2.2 ARM7TDMI，ARM926EJS 内核

2.2.1 ARM7TDMI

2.2.2 ARM926EJ-S

2.3 片上设备

2.3.1 外部存储器接口(EMI)

2.3.2 内置高速内存(eSRAM)

2.3.3 AC97 控制器

2.3.4 多媒体加速器

2.4 算法设计

第三章 G.729A 与G.726 定点编码算法

3.1 G.726 编码过程

3.1.1 自适应量化（Adaptive Quantizer）

3.1.2 量化器定标因子和自适应（Quantizer Scale Factor Adaptation）

3.1.3 自适应速度控制（Adaptation Speed Control）

3.1.4 自适应预测（Adaptive Predictor）

3.1.5 单频和瞬变检测(Tone and Transition Detector)

3.1.6 其他

3.2 G.729A 编码过程

3.2.1 语音信号预处理

3.2.2 线性预测分析与量化

3.2.3 感知加强滤波

3.2.4 合成滤波器的特征矢量计算

3.2.5 开环基音周期分析

3.2.6 自适应码本结构和搜索

3.2.7 固定码本结构与搜索

3.2.8 码本增益量化

3.2.9 参数编码比特分配

3.2.10 编码算法流程图

第四章 编码算法优化

4.1 压缩算法简单分析

4.2 定点数的表示以及定点运算

4.3 优化方案

4.3.1 平台移植

4.3.2 全局优化

4.3.3 函数级优化

4.3.4 算法级优化

4.3.5 用汇编来实现某些函数

4.3.6 硬件加速

4.3.7 进一步研究

第五章 性能音质分析及功耗探索

5.1 SOC 高层C 模型介绍

5.2 G.726 性能分析

5.3 G.729A 性能分析及功耗探索

5.3.1 G.729A 基于ARM7TDMI 的性能分析

5.3.2 G.729A 基于ARM720T 的性能分析

5.3.3 G.729A 基于ARM926EJ-S 的性能分析

5.4 音质分析

5.5 基于功耗方面的探索

5.6 结论

总结与展望

致谢

参考文献

研究生期间发表的论文及成果

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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