پیاده سازی نرم افزار کد کننده صحبت با نرخ kbps 12.2 از کد کننده صحبت AMR برروی ریز پردازنده های TMS320C54xx
چکیده:
در این پایان نامه ابتدا شیوه تولید صحبت در انسان و پارامترهای اصلی آن بررسی شده و سپس مدل صحبت تحلیل و پارامترهای با اهمیت آن تعیین می شود. در ادامه، الگوریتم AMR بررسی و با توجه به اینکه پردازنده انتخاب شده از نوع ممیز ثابت می باشد، خواص برنامه نویسی به صورت ممیز ثابت نیز بررسی و چگونگی انجام عملیات ریاضی به صورت ممیز ثابت تشریح گردید. برای پیاده سازی الگوریتم AMR با نرخ kbit/s 12,2 به صورت بلادرنگ بر روی پردازنده های TMS320C54xx، ابتدا نرم افزارهای کد کننده و کدگشا طبق الگوریتم kbit/s 12,2 AMR و به طور جداگانه، با زبان برنامه سازی C و به شکل ممیز ثابت شبیه سازی شده و عملکرد آن ها تست می شود. در برنامه شبیه سازی، ورودی صحبت به شکل یک فایل به صورت PCM با نرخ نمونه 8kHz، طول نمونه 13bit و با نرخ بیت 128kbit/s استفاده می شود و حاصل یک فایل، شامل رشته بیت های کد است. از هر 20ms از سیگنال صحبت تعداد 160 نمونه برداشته می شود و یک کد 244 بیتی تولید می شود. نرم افزار کدگشا با دریافت فایل شامل کدها، فایل PCM صحبت را مجددا تولید می نماید.
در مرحله بعد فایل های شبیه سازی کد کننده و کدگشا توسط TI Code Composer به زبان Assembly پردازنده های TMS320C54xx تبدیل شده و در محیط شبیه ساز اجرا می شود. در این محیط روال های مختلف برنامه از نظر Clock Cycle و MIPS سنجیده می شوند. برای هرچه نزدیک تر کردن پاسخ بخش های کد کننده و کدگشای کدک فوق به سرعت لازم برای عملکرد بلادرنگ، روال های برنامه با برنامه نویسی دستی بهینه سازی شده و پاسخ دهی برنامه به حد بلادرنگ رسانیده می شود. در این مرحله سرعت اجرای برنامه کد کننده به میزان 2,9 Mcycle و برنامه کدگشا به میزان 1,73 Mcycle حاصل می شود.
مقدمه
علاقه مندی به کدینگ صحبت به خاطر رشد جهانی شبکه های ارتباط مخابراتی، روز به روز روبه گسترش است. همچنین با به وجود آمدن زمینه های کاربردی چند رسانه ای جدید و پیشرفت در طراحی و ساخت قطعات نیمه هادی خیلی فشرده VLSI، اهمیت این موضوع چندین برابر شده است. منظور از کدینگ صحبت در واقع روش کاهش مقدار اطلاعاتی است که برای ارائه مجدد سیگنال صحبت مورد نیاز است. در دو دهه گذشته کدینگ صحبت یکی از سوژه های تحقیقاتی مهم و پر فعالیت بوده است. با توجه به اینکه روز به روز به حجم اطلاعاتی که باید از یک نقطه به نقطه ای دیگر ارسال شوند افزوده می شود، و در اکثر موارد این حجم زیاد اطلاعات موجب اشباع شدن لینک های ارتباطی مخابراتی، حتی لینک های بسیار پرظرفیتی همچون فیبرهای نوری می شوند، و همچنین با توجه به کاربرد روزافزون مخابرات سیار و بدون سیم، نقش کدینگ صحبت روز به روز پررنگ تر و بااهمیت تر می شود نه تنها در انتقال اطلاعات صحبت بلکه در ذخیره سازی صدا و کاربردهای چند رسانه ای.
در چند دهه اخیر روش های کدینگ مختلفی پدید آمده اند ولی بهترین و پرکاربرد ترین آن ها کدک های آنالیز با سنتز هستند که توسط Atal &Pemede در سال 1982 برای اولین بار معرفی شدند. یکی از جدیدترین و باکیفیت ترین این کدک ها که با استفاده از تکنیک (CELP) کار می کند کدک های بر مبنای الگوریتم AMR هستند و کاربردهای اصلی این کدک در شبکه های تلفن، تلفن سیار، اینترنت و ماهواره می باشد.
در این پایان نامه به پیاده سازی کدک صحبت بر مبنای AMR با نرخ 12,2 kbit/s بر روی پردازنده های TMS320C54xx پرداخته شده است. پردازنده های خانواده TMS320 که توسط شرکت Texas Instruments تولید می شوند با قابلیت های خاص خود پیشرو در پردازش سیگنال های دیجیتال می باشند و با توجه به سرعت و قابلیت های برنامه نویسی خاص این پردازنده ها برای انجام پروژه های DSP بهترین ابزار برای پیاده سازی و ساخت انواع کدک می باشند.
در فصل اول به تولید و مدل سازی سیگنال صحبت پرداخته می شود و در فصل دوم الگوریتم AMR کاملا بیان می شود. اصول پیاده سازی به صورت ممیز ثابت در فصل سوم تشریح می شود و در فصل چهارم پیاده سازی کد کننده و کدگشا بر مبنای الگوریتم AMR به زبان C بیان می شوند. در نهایت در فصل پنجم به نحوه پیاده سازی کدک برروی پردازنده های DSP خانواده TMS320C54xx پرداخته می شود.
ویژگی اصلی این پیاده سازی، تمرکز آن برروی یک نرخ انتقال اطلاعات، یعنی 12,2 kbit/s است. در این نرخ انتقال، الگوریتم AMR و روش پیاده سازی آن تفاوت هایی با نرخ های دیگر آن دارد که مهمترین آن ها اندازه کتاب کدها و تعداد پارامترهای خروجی بخش کد کننده است. در این نرخ، کدک بهترین کیفیت را دارد ولی پیچیدگی نرم افزارهای کد کننده و کدگشا زیاد می شود و اندازه آن ها هم بزرگتر خواهد شد، بنابراین اجرای آن ها به صورت بلادرنگ بسیار مشکل تر خواهد بود.
تعداد صفحات: 126
چکیده 9
مقدمه 10
فصل اول : تولید و مدل سازی سیگنال صحبت 12
-1-1 مقدمه 13
-2-1 سیستم تولید صحبت در انسان 13
-3-1 خواص سیگنال صحبت 15
-4-1 مدل سیستم تولید صحبت 21
22 AMR فصل دوم : الگوریتم
-1-2 مقدمه 23
-2-2 مبانی کد کننده 25
-3-2 تشریح بلوک دیاگرام کدکننده 27
-1-3-2 پیش پردازش 27
-2-3-2 آنالیز و پیمانه کردن پیش بینی خطی 28
-1-2-3-2 پنجره کردن و محاسبه درون یابی 29
-2-2-3-2 الگریتم لوینسون – دوربین 31
31 LSP به LP -3-2-3-2 تبدیل
34 LP به LSP -4-2-3-2 تبدیل
ها 35 LSP -5-2-3-2 پیمانه ای نمودن
ها 37 LSP -6-2-3-2 درون یابی
3
فهرست مطالب
عنوان صفحه
37 LPS -7-2-3-2 بررسی تشدید در طیف
-3-3-2 آنالیز حلقه باز گام 38
-4-3-2 محاسبه پاسخ ضربه 40
-5-3-2 محاسبه فیلتر هدف 40
-6-3-2 کتاب کد وفقی 41
-1-6-3-2 جستجو در کتاب کد وفقی 41
-2-6-3-2 کنترل بهره کتاب کد وفقی 44
-7-3-2 کتاب کد جبری 45
-1-7-3-2 ساختار کتاب کد جبری 45
-2-7-3-2 جستجو در کتاب کد جبری 46
-8-3-2 پیمانه ای کردن بهره های کتاب کد وفقی و ثابت 50
-1-8-3-2 محدودیت کتاب کد وقفی در پیمانه شدن 50
-2-8-3-2 پیمانه کردن بهره های کتاب کد 50
-3-8-3-2 به هنگام سازی بافر بهره کتاب کد پیمانه شده قبلی 52
-9-3-2 به هنگام نمودن حافظه 52
-4-2 مبانی کدگشا 53
-5-2 تشریح عملکرد کدگشا 54
-1-5-2 کد گشایی و سنتز صحبت 54
-2-5-2 پس پردازش 57
4
فهرست مطالب
عنوان صفحه
-1-2-5-2 پس پردازش وفقی 57
-2-2-5-2 فیلتر بالا گذر و مقیاس به بالا 59
فصل سوم : اصول پیاده سازی الگوریتمها بصورت ممیز ثابت 60
-1-3 مقدمه 61
-2-3 نمایش اعداد به شکل ممیز ثابت 61
-3-3 عملیات حسابی 63
-1-3-3 شیفت و گرد کردن 63
-2-3-3 تقسیم 64
-4-3 نمونه روالهای اجرا کننده عملیات حسابی بصورت ممیز ثابت 64
68 C فصل چهارم : پیاده سازی کدکننده و کدگشا به زبان
-1-5 مقدمه 69
-2-5 شبیه سازی برنامه کد کننده 69
-3-5 شبیه سازی برنامه کدگشا 89
95 TMS320C54xx فصل پنجم : پیاده سازی کدکننده و کدگشا برروی پردازنده های
-1-5 مقدمه 96
-2-5 مروری بر پیاده سازی بلادرنگ 96
97 DSP -3-5 پردازنده های
های ممیز ثابت 98 DSP -1-3-5
98 TMS های خانواده 320 DSP -2-3-5 مروری بر
5
99 TMS320C54xx -1-2-3-5 معرفی سری
-4-5 توسعه برنامه بصورت بلادرنگ 103
-1-4-5 بکار گیری ابزارهای توسعه نرم افزار 104
104 CCS -2-4-5 استفاده از نرم افزارهای تبدیل کننده
-3-4-5 استفاده از بهینه ساز نرم افزار 108
-4-4-5 شناسایی مشخصات متغیرها در سطح فایل 110
-5-4-5 برنامه نویسی اسمبلی 112
-5-5 نتایج 114
فصل ششم : نتیجه گیری و پیشنهادها 115
-1-6 نتیجه گیری 116
-2-6 پیشنهادات 116
خذ 118 Ĥ منابع و م
