VoIP系统中AGC算法的研究与DSP实现

论文摘要

随着互联网的快速发展,互联网语音通信应用日益普及,与传统电话相比,IP电话以其网络带宽利用率高、通话费用低、承载业务多而得到广泛应用。与传统电话网不同,IP电话网将所有的话音打包成IP包通过IP寻址的方式传送到对端,因此就产生了一些问题,包括延时、抖动、回声等现象。为了消除这些影响,需要对语音信号进行预处理,通过处理可以大大改善原系统在外界环境干扰条件下的性能,提高语音通信质量。实用语音预处理系统主要包括降噪系统、回声控制系统、语音激活检测模块和自动增益控制模块等。自动增益控制模块能稳定信号传输电平,通过信号增益控制的处理,能根据输入信号电平大小和指定的输出电平,自动调整电平变化,并且不影响传输信号尤其是语音的质量,保证经过控制后的语音可懂度不会发生波动。本论文的主要研究内容是语音信号预处理系统中的自动增益控制模块。重点学习基于VAD (Voice Activity Detection)的AGC算法和基于能量比较的AGC算法,主要工作是将Speex语音编码算法中用到的自动增益控制算法在DSP芯片上实现,应用于VoIP系统的话机终端。在本课题中,采用24位的AR1688芯片,综合实际应用的优势,定点DSP芯片功耗小,价格低,运算时间比浮点DSP芯片短,更适用于实时语音传输应用及大规模生产,因此本课题选择定点DSP实现。课题的实现过程分为两步,首先对算法进行了定点C语言的实现,然后把定点代码转化为DSP汇编代码。在AGC算法通过调试后,为了降低运算复杂度,适应低速处理器的要求,利用了AR1688芯片自身的硬件特点和指令特点,对算法进行了优化。最终在以AR1688为核心的设备上成功地实现了自动增益控制的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 VoIP提出的背景
• 1.2 VoIP技术简介
• 1.2.1 VoIP系统的组成
• 1.2.2 VoIP的基本传输过程
• 1.2.3 VoIP系统中需要解决的技术问题
• 1.3 VoIP中的语音信号预处理
• 1.3.1 语音信号概述
• 1.3.2 语音分析方法
• 1.3.3 语音信号预处理
• 1.4 工作流程与论文结构
• 第二章 算法原理
• 2.1 自动增益控制方法的比较
• 2.2 几种常见的自动增益控制算法
• 2.2.1 音频AGC算法
• 2.2.2 符合G.169协议的AGC算法
• 2.3 本课题所采用的自动增益控制算法
• 2.3.1 基于VAD检测的AGC算法
• 2.3.2 改进的基于能量比较的AGC算法
• 第三章 定点理论与运算的实现
• 3.1 定点化理论概述
• 3.1.1 定点数的Q值表示方法
• 3.1.2 定点数的运算法则
• 3.1.3 定点化的原则与方法
• 3.2 定点化函数库的实现
• 3.2.1 扩展精度除法的实现
• 3.2.2 非线性函数的实现方法
• 第四章 开发平台及DSP芯片结构介绍
• 4.1 PA1688介绍
• 4.1.1 PA1688的芯片特点和硬件结构
• 4.1.2 PA1688芯片控制器系统结构
• 4.1.3 PA1688 DSP子系统结构及外设
• 4.2 AR1688介绍
• 4.2.1 AR1688话机系统结构
• 4.2.2 AR1688和PA1688的比较
• 4.3 AR1688软件设计及实现
• 4.3.1 AR1688软件结构
• 4.3.2 AR1688程序软件开发应用及工具
• 4.3.3 程序仿真调试环境
• 第五章 自动增益控制算法的DSP实现及优化
• 5.1 AGC算法代码浮点C到定点C的实现
• 5.1.1 模块分解
• 5.1.2 定点化C代码的实现
• 5.2 AGC算法定点C代码到DSP汇编的实现
• 5.2.1 设定文件结构
• 5.2.2 课题编程规则
• 5.2.3 通用子函数编写
• 5.2.4 模块设计
• 5.2.5 DSP代码编译和链接
• 5.3 DSP代码调试工作
• 5.3.1 一致化验证方法
• 5.3.2 一致化调试
• 5.4 代码的优化
• 5.4.1 程序组织结构的优化
• 5.4.2 基于DSP指令的优化
• 5.4.3 代码的优化效果
• 5.5 AGC算法效果测试
• 5.5.1 基于VAD的AGC算法效果测试
• 5.5.2 改进型AGC算法效果测试
• 5.6 实际的自动增益控制效果测评
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 下一步的工作
• 6.3 技术展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录