ITU-TG.729算法及其實時實現

G.729編解碼算法,實時實現的G.729系統的軟件設計和硬件設計。在ADSP-2181上實現的G.729編解碼器,已經通過了ITU-T G.729的全部測試矢量,并且已經在數字語音記錄儀和H.323網上多媒體通信系統中得到推廣應用。

關鍵詞： G.729協議 ADSP-2181 接口模塊 IDMA口

G.729協議[１]是由ITU-T的第15研究小組提出的,并在1996年3月通過的8Kbps的語音編碼協議。

G.729協議使用的算法是共軛結構的算術碼本激勵線性預測（CS-ACELP）,它基于CELP編碼模型[２]。由于G.729編解碼器具有很高的語音質量和很低的延時,被廣泛地應用在數據通信的各個領域,如IP phone和H.323網上多媒體通信系統等。

針對實時實現G.729的一些難點,我們提出了解決的方法。目前,我們已經在Analog Device的定點數字處理芯片adsp-2181上實時實現了符合ITU-T G.729編解碼器的全部功能,該編解碼器占用了22MIPS的運算量。我們在ADSP-2181上實現的G.729編解碼器,已經通過了ITU-T G729的全部測試矢量,并且已經在數字語音記錄儀和H.323網上多媒體通信系統中進行了推廣應用。

１ G.729協議編解碼算法介紹

1.1 G.729編碼算法介紹

電話線路上的模擬語音信號,經話路帶寬濾波（符合ITU-T G.712建議）后,被8kHz采樣,量化成16bit線性PCM數字信號輸入到編碼器。該編碼器是基于線性預測分析合成技術,盡量減少實際語音與合成語音之間經聽覺加權后差分信號的能量為準則來進行編碼的。編碼器的結構框圖如圖1所示,其主要部分有：

·線性預測分析和LPC系數的量化;

·開環基音周期估計;

·自適應碼本搜索;

·固定碼本搜索;

·碼本增益量化。

下面分別描述這五部分的主要技術。

·線性預測分析與LPC系數的量化

首先對信號進行加線性預測分析窗,分析窗由兩部分組成。第一部分是半個漢明窗,第二部分是四分之一個余弦信號。將加窗后的語音信號通過LevinsonDurbin算法獲得線性預測濾波器系數ai i=1......10。由于線譜對參數比線性預測系數具有更好的內插特性和量化特性[３], G.729將LPC參數轉換成相應的線

譜對參數,最后對線譜對參數進行量化。

·開環基音分析

為了減少自適應碼本搜索的復雜度,需要計算開環基音Top,使自適應碼本搜索在開環基音值附近進行。基音值的范圍在18~145個樣本點之間。

·自適應碼本搜索

G.729對每個子幀進行閉環基音搜索,它通過最小化原始語音信號和重構語音信號的加權均方誤差來進行閉環基音搜索。對子幀１的閉環基音T1的搜索是局限在開環基音Top的一個小范圍內,對子幀２的閉環基音T2的搜索是局限在閉環基音Ｔ１的一個小范圍內。這樣可以減少基音搜索的復雜度。

·固定碼本搜索

G.729固定碼本矢量含有四個非０脈沖,每個脈沖的幅度要可以是+1或-1。通過最小化加權語音信號和加權重構語音信號的均方誤差來進行固定碼本的搜索。

·增益量化

G.729對自適應碼本增益和固定碼本增益采用二級共軛結構碼本進行矢量量化。在碼本搜索時,采用預搜索策略,使得運算量只為全搜索算法的1/4。

1.2 G.729解碼算法介紹