EDA技术与Verilog HDL设计报告-基于FPGA的ADPCM语音编码器设计.doc

编号:
EDA技术与Verilog HDL
设计报告
题目: 基于FPGA的ADPCM语音编码器设计
院(系): 电子工程与自动化学院
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学生姓名:
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同作者:
指导教师:
职称: 副教授
题目类型: 理论研究实验研究ü 工程设计工程技术研究软件开发
2011 年 11 月 29 日
摘要
本文介绍了自适应差分脉冲编码调制技术ADPCM的编码原理和结构,以及脉冲宽度调制技术PCM的原理,利用硬件描述语言设计并仿真了ADPCM编码器及相关电路,以完成语音的编码功能。ADPCM算法有4:1压缩率,将16bit声音波形数据的压缩方法,但抗噪音和实时性比较差,而利用 FPGA具有很好的可配置型,硬件处理速度快等优点,便可以得到较好的编码效果。
关键字:自适应差分脉冲编码;脉冲宽度调制技术;FPGA
Abstract
In this paper, the principle of the encoder of Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) and Pulse Code Modulation (PCM) are introduced. And we use hardware description language to design circuit of ADPCM encoder and simulate the circuit in order to achieve the function of voice encode. The ADPCM algorithm has pression ratio of 4:1,but it is weak in anti-noise and instantaneity. Because the configuration of FPGA is well adapted and also the process rate of the hardware is quick, so we improve the encoder in the basic of early version.
Keywords: Adaptive Differential Pulse Code Modulation; Pulse Code Modulation; FPGA;
绪论
近年来多媒体技术正逐渐融入到人们的生活中,而其中的语音编码技术就是最基本的技术之一。语音编码就是将模拟语音信号数字化,语音信号的数字化表示具有许多优点,但是如果对语音信号直接采用A/D转换技术进行编码,则传输或者存储的语音量太大,因此为了降低传输速率和存储容量,就必须对其进行压缩编码,还原时以压缩相反的算法进行解码,再经过数模转换成相似的模拟语音信号。
语音压缩编码,就是在给定的编码速率前提下,利用某种算法去掉冗余信息再编码,力求用最少的码字表示原来的语音信息,并保证编码后恢复的重构语音质量尽可能高。语音编码走出实验室,投入实际使用,主要归功于语音信号处理技术和数字信号处理等计算能力的迅速提高和超大规模集成电路的发展。由于存储容量的不断扩充,而其价格却不断下降,使语音编解码芯片的产品能迅速打开市场,而应用的发展又促使研究人员不断研究出更为复杂的新算法,并形成了多项国际标准。
迄今已有各种各样的语音编解码技术,而自适应脉冲差分编码调制是波形编码中非常有效的一种数字编码方式。它的编解码器都是根据前面出现的PCM抽样值对下一个PCM抽样值进行预测,将当前的PCM数据与预测值进行求差,对差值进行的编码位数比对原始信号进行的编码位数要少的多,编码包含的信息从原来的原始语音信号变为语音信号的变化从而达到压缩目的。
而可编程逻辑器件FPGA的日趋成熟与强大为语音信号处理提供了一种新的开发方式。它不但可以提高语音处理速度,同时使系统的配置与升级更加灵活。本论文研究采用FPGA系统实现ADPCM编码的应用。ADPCM算法是一种针对16-bit声音波形数据的压缩算法,具有空间消耗低,语音质量高等特点。
第一章差分PCM和ADPCM编码原理
差分PCM
脉冲编码调制是使用最为广泛的调制方法。在PCM的调制过程中,将输入的模拟信号进行取样,量化和编码。这种方法通过用脉冲编码来代表取样后的模拟信号幅度。即用二进制的大小来代表取样后的信号幅度,在接收端再将这些编码的二进制数还原成为原来的模拟信号。其包括三个方面,采样、量化和编码。
采样也称抽样,是信号在时间上的离散化,即按照一定时间间隔在模拟信号上逐点采取其瞬时值。它是通过采样脉冲和模拟信号相乘来实现的。在规定的时间内,以有效信号最高频率的二倍或二倍以上的速