دانلود مقاله پایان نامه کارشناسی ارشد مخابرات سیستم

دانلود مقاله پایان نامه کارشناسی ارشد مخابرات سیستم

فرمت فایل: word

قابل ویرایش  می باشد

تعداد صفحه:105

چکیده

کدک صحبت استاندارد G.728 ، یک کدک کم تاخیر است که صحبت با کیفیت عالی را در نرخ بیت 16 kbps ارائه می دهد و برای شبکه های تلفن ماهواره ای و اینترنت و موبایل که به تاخیر زیاد حساس هستند ، مناسب است. در این رساله به پیاده سازی بلادرنگ اینکدر و دیکدر  G.728 بصورت دوطرفه کامل ( Full Duplex ) بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم .

روشی ترکیبی برای برنامه نویسی TMS ارائه می شود که در آن  زمان وپیچیدگی برنامه نویسی نسبت به برنامه نویسی دستی به 30%  کاهش می یابد . در این روش پس از برنامه نویسی           و  شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم کدک به زبان C ، با استفاده از نرم افزار                                ( Code Composer Studio ) CCS ، برنامه به زبان اسمبلی ترجمه شده و بهینه سازی دستی در کل کد اسمبلی صورت می گیرد . سپس بعضی از توابع مهم برنامه از نظر MIPS ، بصورت دستی به زبان اسمبلی بازنویسی می شوند تا برنامه بصورت بلادرنگ قابل اجرا گردد . در پایان                  نتایج این پیاده سازی ارائه می شود .

کلمات کلیدی

کدینگ و فشرده سازی صحبت ، پیاده سازی بلادرنگ ، DSP ، TMS320C5402 ، برد DSK

فهرست

- مقدمه                                                                                                                                   4

فصل 1 : بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت                                                            

          1-1- معرفی سیگنال صحبت                                                              6

          1-2- مدل سازی پیشگویی خطی                                                                   10

                   1-2-1- پنجره کردن سیگنال صحبت                                           11

                   1-2-2- پیش تاکید سیگنال صحبت                                            13

                   1-2-3- تخمین پارامترهای LPC                                               14

فصل 2 : روش ها و استانداردهای کدینگ صحبت

          2-1- مقدمه                                                                                  15

          2-2- روش های کدینگ                                                                    19

                   2-2-1- کدرهای شکل موج                                                      21

                   2-2-2- کدرهای صوتی                                                           22                2-2-3- کدرهای مختلط                                                           24

                   الف- کدرهای مختلط حوزه فرکانس                                             27

                   ب- کدرهای مختلط حوزه زمان                                                  29

فصل 3 : کدر کم تاخیر LD-CELP                                                             

          3-1- مقدمه                                                                                  34

          3-2- بررسی کدرکم تاخیر LD-CELP                                                36

                   3-2-1- LPC معکوس مرتبه بالا                                               39

                   3-2-2- فیلتر وزنی شنیداری                                                    42

                   3-2-3- ساختار کتاب کد                                                         42

                   3-2-3-1- جستجوی کتاب کد                                                  43

                   3-2-4- شبه دیکدر                                                               45

                   3-2-5- پست فیلتر                                                               46

فصل 4 : شبیه سازی ممیزثابت الگوریتم به زبان C                                                   

          4-1- مقدمه                                                                                 49

          4-2- ویژگی های برنامه نویسی ممیزثابت                                                50

          4-3- ساده سازی محاسبات الگوریتم                                                      53

                   4-3-1- تطبیق دهنده بهره                                                      54

                   4-3-2- محاسبه لگاریتم معکوس                                                         58

          4-4- روندنمای برنامه                                                                       59

                   4-4-1- اینکدر                                                                     63

                   4-4-2- دیکدر                                                                     69

فصل 5 : پیاده سازی الگوریتم برروی DSP                           

          5-1- مقدمه                                                                                  74

          5-2- مروری بر پیاده سازی بلادرنگ                                                      75

          5-3- چیپ های DSP                                                                     76

                   5-3-1- DSP های ممیزثابت                                                   77

                   5-3-2- مروری بر DSP های خانواده TMS320                           78

                   5-3-2-1- معرفی سری TMS320C54x                                   79

          5-4- توسعه برنامه بلادرنگ                                                                81

          5-5- اجرای برنامه روی برد توسعه گر C5402 DSK                                82

                   5-5-1- بکارگیری ابزارهای توسعه نرم افزار                                    84

                    5-5-2- استفاده از نرم افزارCCS                                              86

                    5-5-3- نتایج پیاده سازی                                                        94

          5-6- نتیجه گیری و پیشنهاد                                                              97

- ضمائم

   - ضمیمه (الف) : دیسکت برنامه های شبیه سازی ممیز ثابت به زبان C و

                          پیاده سازی کدک به زبان اسمبلی                                                                                                                      - ضمیمه (ب) : مقایسه برنامه نویسی C و اسمبلی                                                         98

- مراجع                                                                                                                       103

 - مقدمه

امروزه در عصر ارتباطات و گسترش روزافزون استفاده از شبکه های تلفن ،موبایل و اینترنت در جهان ومحدودیت پهنای باند در شبکه های مخابراتی ، کدینگ و فشرده سازی صحبت امری اجتناب ناپذیر است . در چند دهه اخیر روشهای کدینگ مختلفی پدیدآمده اند ولی بهترین و پرکاربردترین آنها کدک های آنالیزباسنتز هستند که توسط Atal & Remedeدر سال 1982 معرفی شدند [2] . اخیرا مناسبترین الگوریتم برای کدینگ صحبت با کیفیت خوب در نرخ بیت های پائین و زیر 16 kbps ، روش پیشگویی خطی باتحریک کد (CELP) می باشد که در سال 1985 توسط Schroeder & Atal معرفی شد [8] و تا کنون چندین استاندارد مهم کدینگ صحبت بر اساس CELP تعریف شده اند .

در سال 1988 CCITT برنامه ای برای استانداردسازی یک کدک 16 kbps با تاخیراندک و      کیفیت بالا در برابر خطاهای کانال آغاز نمود و برای آن کاربردهای زیادی همچون شبکه PSTN ،ISDN ،تلفن تصویری و غیره در نظر گرفت . این کدک در سال 1992 توسط Chen et al.    تحت عنوان LD-CELP معرفی شد[6] و بصورت استاندارد G.728 در آمد[9] و در سال 1994 مشخصات ممیز ثابت این کدک توسط ITU ارائه شد[10] . با توجه به کیفیت بالای این کدک که در آن صحبت سنتزشده از صحبت اولیه تقریبا غیرقابل تشخیص است  و کاربردهای آن در شبکه های تلفن و اینترنت و ماهواره ای در این گزارش به پیاده سازی این کدک می پردازیم .

در فصل اول به معرفی وآنالیز سیگنال صحبت پرداخته می شود و در فصل دوم روش ها و استانداردهای کدینگ بیان می شوند . در فصل سوم کدک LD-CELP را بیشتر بررسی می کنیم و در فصل چهارم شبیه سازی ممیز ثابت الگوریتم به زبان C را بیان می نمائیم. ودر پایان در فصل 5 به نحوه پیاده سازی بلادرنگ کدکG.728 بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم.

فصل 1

بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت

1-1 –معرفی سیگنال صحبت

 صحبت در اثر دمیدن هوا از ریه ها به سمت حنجره و فضای دهان تولید می‏شود. در طول این مسیر در انتهای حنجره، تارهای صوتی[1] قرار دارند. فضای دهان را از بعد از تارهای صوتی ، لوله صوتی[2]  می‏نا مند که در یک مرد متوسط حدود cm 17 طول دارد . در تولید برخی اصوات تارهای صوتی کاملاً باز هستند و مانعی بر سر راه عبور هوا ایجاد نمی‏کنند که این اصوات را اصطلاحاً اصوات بی واک [3]  می‏نامند. در دسته دیگر اصوات ، تارهای صوتی مانع خروج طبیعی هوا از حنجره می‏گردند که این باعث به ارتعاش درآمدن تارها شده و هوا به طور غیر یکنواخت و تقریباً پالس شکل وارد فضای دهان می‏شود. این دسته از اصوات را اصطلاحاً باواک[4]  می‏گویند.

فرکانس ارتعاش تارهای صوتی در اصوات باواک را فرکانس Pitch و دوره تناوب ارتعاش تارهای صوتی را پریود Pitch می‏نامند. هنگام انتشار امواج هوا در لوله صوتی، طیف فرکانس این امواج توسط لوله صوتی شکل می‏گیرد و بسته به شکل لوله ، پدیده تشدید در فرکانس های خاصی رخ می‏دهد که به این فرکانس های تشدید فرمنت[5]  می‏گویند.

از آنجا که شکل لوله صوتی برای تولید اصوات مختلف، متفاوت است پس فرمنت ها برای اصوات گوناگون با هم فرق می‏کنند. با توجه به اینکه صحبت یک فرآیند متغییر با زمان است پس پارامترهای تعریف شده فوق اعم از فرمنت ها و پریود Pitch در طول زمان تغییر می‏کنند به علاوه مد صحبت به طور نامنظمی از باواک به بی واک و بالعکس تغییر می‏کند. لوله صوتی ، همبستگی های زمان-کوتاه  ، در حدود 1 ms ، درون سیگنال صحبت را در بر می‏گیرد. و بخش مهمی از کار کدکننده های صوتی مدل کردن لوله صوتی به صورت یک فیلتر زمان-کوتاه می‏باشد. همان طور که شکل لوله صوتی نسبتاً آهسته تغییر می‏کند، تابع انتقال این فیلتر مدل کننده هم نیاز به تجدید[6] ، معمولاً در هر 20ms یکبارخواهد داشت.

در شکل (1-1 الف) یک قطعه صحبت باواک که با فرکانس 8KHz نمونه برداری شده است  دیده می‏شود. اصوات باواک دارای تناوب زمان بلند به خاطر پریود Pitch هستند که نوعاً   بین 2ms تا 20ms می‏باشد. در اینجا پریود Pitch در حدود 8ms یا 64 نمونه است. چگالی طیف توان این قطعه از صحبت در شکل (1-1 ب) دیده می‏شود[3].

[1]  Vocal Cords

[2] Vocal Tracts

[3] Unvoiced

[4] Voiced

[5] Formant

[6]  Update