ADPCM语音编解码电路设计及FPGA实现.doc

1 ADPCM 语音编解码电路设计及 FPGA 实现近年来, 多媒体技术逐渐深入到人们的生活中。 MP3 播放器已经成为流行的便携式音频播放设备, 由于 MP3 编码算法非常复杂, 目前, 一部分 MP3 播放器的录音功能主要基于 ADPCM 算法和 DSP 来实现。本文阐述了 ADPCM 语音编解码 VLSI 芯片的设计方法以及利用 FPGA 的硬件实现。 ADPCM 算法及其编解码器原理 ADPCM(Adaptive DifferentialPulse Code Modulation, 自适应差分脉冲编码调制) 综合了 APCM 的自适应特性和 DPCM 系统的差分特性, 是一种性能较好的波形编码。它的核心思想是: 利用自适应改变量化阶的大小, 即使用小的量化阶去编码小的差值, 使用大的量化阶去编码大的差值, 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值, 使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。 ADPC M 记录的量化值不是每个采样点的幅值, 而是该点的幅值与前一个采样点幅值之差。 ADPCM 是利用样本与样本之间的高度相关性和量化阶自适应来压缩数据的一种波形编码技术。 ADPCM 标准是一个代码转换系统, 它使用 ADPC M 转换技术实现 64Kb/s A律或u律 PCM( 脉冲编码调制) 速率和 32Kb/s 速率之间的相互转换。 ADPCM 的简化框图如图 1所示。 ADPCM 编解码器的输入信号是 PCM 代码, 采样 2 率是 8kHz, 每个代码用 8 位表示, 因此它的数据率为 64Kb/s 。而 ADPC M 的输出代码是“自适应量化器”的输出, 该输出是用 4 位表示的差分信号, 它的采样率仍然是 8kHz, 它的数据率为 32Kb/s, 这样就获得了 2:1 的数据压缩。 540)=540 ” vspace=5> 电路的整体结构基于 ADPCM 算法, 可将语音编解码 VLSI 芯片分成编码、解码、存储、控制和时钟几个模块。编码模块实现数据压缩功能, 将输入的 PCM 信号转换成 ADPCM 码, 存储模块在控制模块的作用下, 保存编码所得的 ADPCM 码, 解码模块实现解压缩功能,将 ADPCM 码转换得到 PC M码; 控制模块的作用是控制其他模块的协调工作; 时钟模块主要实现对外部晶振的原始时钟信号进行分频, 以得到电路系统实际所需的时钟信号。电路整体结构如图 2 所示, 其中 En_en 、 En_de 分别是编码和解码的使能信号,RST 则为复位信号。当 WE 为“1”时,RAM 写有效, 而当 WE 为“0”时,RAM 读有效,CS 为“1”时,RAM 可进行写或者读操作。 540)=540 ” vspace=5> 电路设计过程本文采用 Top-down 方法进行电路设计。主要设计流程如下: 首先基于 Verilog HD L运用 Active-HD L 进行电路的 RT L 级描述和功能仿真, 将经过功能仿真正确的程序在 Quartus Ⅱ开发系统中进行综合和适配, 接下来将得到的网表文件(.vo) 和具有时延信息的反标文件(.sdo) 调入 ModelSim SE 中, 并加入所选器件相应的器件库进行时序仿真, 时序仿真通过后,将 Quartus II