MELP基音检测算法FPGA实现分析

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1、ResearchforImplementationofPitchDetectionAlgorithminMELPUsingFPGAAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByLiuWeiBingSupervisor:MaHongFeiProfessorWangBinyanSeniorEngineerNovember201

2、5西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和

3、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要低速率语音编码技术一直是语音通信领域的一个重要发展方向和研究热点。混合激励线性预测编码(MixedExcitationLinearPrediction,MELP)算法

4、已被用作美国联邦政府的标准算法，并且成为目前应用在各种通信系统中的许多低速率乃至极低速率语音编码算法的主要参考算法，因此在低速率语音编码领域占有重要的地位。在实际应用中，一种合适的实现平台对MELP算法的有效应用有着重要的影响。目前，研究者一般都以各种DSP处理器为平台对MELP算法的实现进行研究。近年来，随着制造工艺水平的快速发展，现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)芯片的规模已发展到等效于千万级的ASIC门，为其广泛应用于数字信号处理领域创造了条件。随着FPGA在数字信号处理领域中的应用越来

5、越多，基于FPGA平台的语音通信系统的研究也成为实际应用的需要。MELP编码算法中，基音周期是需要计算并编码传输的语音信号的关键特征参数，对算法合成语音的质量有着直接的影响。MELP基音检测算法的作用是提取出语音信号的基音周期，是整个算法中的重要组成部分。MELP基音检测算法的算法复杂度较高，因而很难在FPGA平台上实现。但由于其在语音编码算法中的重要性，本文仍将MELP基音检测算法作为研究对象，对其在FPGA平台上的实现进行了研究。首先，作为理论基础，本文对MELP算法的编解码流程进行了简要介绍，并对MELP基音检测算法的实现过程进行了详

6、细的分析。然后，为在FPGA平台上实现MELP基音检测算法，本文对FPGA及其设计方法进行了研究。最后，本文在MELP基音检测算法的C定点实现程序和对算法原理的理解的基础上，用VerilogHDL设计了MELP基音检测算法的硬件模型，完成了MELP基音检测算法在FPGA平台上的实现。在用VerilogHDL对MELP基音检测算法进行建模时，本文采用了自下而上的设计方法。从最低层的加法、乘法等基本运算单元开始，到整数基音周期计算、分数基音周期计算等高层功能模块，分别建立了相应的硬件模型。通过层层建模最终完成了MELP基音检测算法整体的FPGA

7、实现。并在实现过程中从处理速度和资源消耗两个方面分别对各层模型的设计进行了优化。在对本文的实现结果进行性能分析时，本文通过与VivadoHLS转换相应C语言函数得到的FPGA实现结果相比，结果显示本文实现结果具有良好的面积性能；通过对本文实现的处理时间和计算结果的分析，结果表明本文的实现结果在处理速度和计算结果两个方面也表现良好。I西安电子科技大学硕士学位论文关键词：语音编码，混合激励线性预测编码（MELP），基音检测，现场可编程门阵列（FPGA），基音周期IIABSTRACTABSTRACTLowbitratespeechcodingha

8、sbeentheveryimportantresearchdirectionandhottopicintheareaofspeechcommunications.Inthelow