摘要：文中針對(duì)Tetra通信系統(tǒng)中采用的ACELP算法，分析了該算法的基本原理，介紹了其算法基于VC++6.0的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，重點(diǎn)闡述了ACELP在網(wǎng)絡(luò)通信中的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用情況。

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，語(yǔ)音編碼技術(shù)發(fā)展越來(lái)越迅速、應(yīng)用越來(lái)越廣泛。TETRA(Terrestrial Trunked Radio)集群通信系統(tǒng)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI制定的數(shù)字集群移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。近幾年發(fā)展很快，其產(chǎn)品已被包括我國(guó)在內(nèi)的世界多個(gè)國(guó)家廣泛采用。TETRA承載的語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)采用ACELP語(yǔ)音編碼算法，該算法是一種改進(jìn)型的CELP，它繼承了傳統(tǒng)CELP的主要優(yōu)點(diǎn)，并克服了其缺點(diǎn)。傳統(tǒng)CELP用固定的隨機(jī)碼本來(lái)逼近語(yǔ)音信號(hào)的余量信號(hào)，缺乏靈活性，不能很好地控制碼本的頻域特性。ACELP采用代數(shù)碼本結(jié)構(gòu)，不僅降低了碼本的存儲(chǔ)量和搜索量，還提供了頻域控制函數(shù)，從而增強(qiáng)了碼本的靈活性和多樣性，能更好地逼近余量信號(hào)，保證了高質(zhì)量的語(yǔ)音服務(wù)。該算法占用帶寬較小，其編碼速率僅為4.567 kbps，同時(shí)編碼語(yǔ)音質(zhì)量高，特別適合多媒體語(yǔ)音通信使用。目前該算法已有許多在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的方案，但由于編譯環(huán)境以及硬件條件的限制，應(yīng)用不夠靈活方便，因此本文基于Visual C++軟件編程技術(shù)，采用服務(wù)器與客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò)通信模式，在服務(wù)器端采用聲卡對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)AD采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行ACELP語(yǔ)音編碼處理，并將編碼后數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到客戶(hù)端;在客戶(hù)端實(shí)時(shí)接收服務(wù)器端發(fā)送的語(yǔ)音編碼數(shù)據(jù)并進(jìn)行軟件譯碼處理，同時(shí)將譯碼后數(shù)據(jù)采用聲卡進(jìn)行實(shí)時(shí)播放，從而實(shí)現(xiàn)基于ACELP算法的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音通信。

1 ACELP語(yǔ)音編譯碼算法的基本原理

ACELP是一種改進(jìn)的代數(shù)碼本激勵(lì)線(xiàn)性預(yù)測(cè)算法，該算法要求輸入語(yǔ)音信號(hào)為8 kHz采樣、16比特量化，信號(hào)以30 ms分幀，每一幀分為4個(gè)子幀，每個(gè)子幀7.5 ms，每幀數(shù)據(jù)編碼后為137比特，包括線(xiàn)性預(yù)測(cè)參數(shù)、基音延遲T、最佳碼本索引和最佳增益參數(shù)。編碼器原理框圖如圖1所示。

編碼過(guò)程主要由短時(shí)預(yù)測(cè)、長(zhǎng)時(shí)線(xiàn)性預(yù)測(cè)、碼本搜素和增益計(jì)算等組成。其中短時(shí)預(yù)測(cè)提取聲道濾波器的LPC系數(shù)并進(jìn)行插值和量化;長(zhǎng)時(shí)線(xiàn)性預(yù)測(cè)通常分為開(kāi)環(huán)基音分析和閉環(huán)基音分析兩步，開(kāi)環(huán)基音分析每幀數(shù)據(jù)(30 ms)處理一次，采用自相關(guān)法估算基音周期，按較低基音延遲優(yōu)先的原則獲取基音周期的大致范圍，閉環(huán)基音分析基于子幀完成，每7.5 ms處理一次，以獲取基音周期的準(zhǔn)確值;碼本搜索和增益計(jì)算主要用于計(jì)算合適的碼本和增益，使重建語(yǔ)音的質(zhì)量具有更高的清晰度和自然度。

解碼過(guò)程就是將線(xiàn)性預(yù)測(cè)參數(shù)、基音延遲T、最佳碼本索引和最佳增益參數(shù)等各個(gè)編碼參數(shù)等從編碼比特流中提取出來(lái)，重構(gòu)輸出信號(hào)和各個(gè)濾波器，最后得到重構(gòu)語(yǔ)音。解碼過(guò)程以分幀為單位進(jìn)行。首先將LSP矢量轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)P濾波器系數(shù)，然后通過(guò)基音延時(shí)查找基音的整數(shù)和分?jǐn)?shù)分量，將激勵(lì)進(jìn)行解碼，對(duì)解碼后的激勵(lì)信號(hào)通過(guò)后基音濾波器送入合成濾波器，得到合成信號(hào)。合成信號(hào)經(jīng)過(guò)共振峰后濾波器和增益放大單元控制得到語(yǔ)音信號(hào)。其ACELP解碼原理框圖如圖2所示。

2 ACELP語(yǔ)音編譯碼算法的軟件實(shí)現(xiàn)概述

根據(jù)ACELP語(yǔ)音編譯碼算法原理.本文基于VC++6.0軟件平臺(tái)，采用面向?qū)ο笏枷?，編制CTetra_ACELP_Cod類(lèi)和CTetra_ACELP_Dec類(lèi)分別實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)編、譯碼。另外，本文采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式對(duì)編譯碼類(lèi)進(jìn)行封裝，接口簡(jiǎn)潔，使用方便。

2.1 CTetra_ACELP_Cod編碼類(lèi)

該類(lèi)為ACELP語(yǔ)音編碼類(lèi)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入該模塊的8 kHz采樣，16比特量化的語(yǔ)音樣點(diǎn)數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，類(lèi)的主要函數(shù)定義如下：

其中Init(TETRA_ACELP_COD_PARAM*pCodParam)函數(shù)完成編碼模塊初始化工作，TETRA_ACELP_COD_PARAM結(jié)構(gòu)體參數(shù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)編碼過(guò)程中相關(guān)參數(shù)。void PreProcess(Word16 signal[]，Word16 lg)函數(shù)完成待編碼語(yǔ)音信號(hào)幀的預(yù)處理。ACELPCod(Word16 signal[]，Word16parm[]，TETRA_ACELP_COD_PARAM*pCodParam)函數(shù)完成語(yǔ)音編碼處理，signal[]參數(shù)為待編碼的語(yǔ)音樣本幀數(shù)據(jù)，parm[]為編碼后參數(shù)。Prm2 bi ts(Word16 prm[]，Word16 bits[])函數(shù)實(shí)現(xiàn)編碼參數(shù)到比特流的轉(zhuǎn)化。

2.2 CTetra_ACELP_Dec編碼類(lèi)

該類(lèi)為ACELP語(yǔ)音譯碼類(lèi)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入該模塊編碼數(shù)據(jù)幀(137比特幀長(zhǎng))進(jìn)行譯碼處理，輸出8KHz采樣，16比特量化的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。類(lèi)的主要函數(shù)定義如下：

其中Init(TETRA_ACELP_DEC_PARAM*pDecParam)函數(shù)完成譯碼模塊的初始化工作，TETRA_ACELP_DEC_PARAM結(jié)構(gòu)體參數(shù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)譯碼過(guò)程中相關(guān)參數(shù)。Bits2prm(Word16 bits[]，Word16 prm[])函數(shù)實(shí)現(xiàn)137比特幀數(shù)據(jù)到ACELP編碼參數(shù)的轉(zhuǎn)化。ACELPDec(Word16 parm[]，Word16 synth[]，TETRA_ACELP_DEC_PARAM*pDecParam)函數(shù)完成編碼參數(shù)的譯碼處理。編碼參數(shù)通過(guò)ana數(shù)組返回。PostProcess(Word16 signal[]，Word16 lg)對(duì)合成語(yǔ)音進(jìn)行后處理工作。

2.3 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)封裝接口介紹