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MSP430 的语音与音频压缩／解压缩技术

2019-08-05 16:13发布

站内问答 / TI MCU
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本应用报告将介绍 IMA 自适应差分脉冲代码调制 (ADPCM) 的压缩／解压缩算法，讨论在 MSP430上使用 ADPCM 库的相关步骤。我们在介绍 ADPCM 库的使用时，将给出两种均采用 MSP430 微控制器片上信号链解决方案的语音记录器实例。
1 引言
　　采用微控制器 (MCU) 来实施语音记录器比较简单。许多 MCU 均采用集成模数 (A/D)转换器。扩音器将捕获到的声音提供给放大器，然后再馈送给 A/D 转换器的模拟输入。可将录制的声音存储在闪存或 RAM等存储器中，按下按钮就能触发 MCU 以播放录制到的声音，其原理是将存储的数据先提供给数模 (D/A) 转换器，然后再提供给音频功率放大器。
　　利用 MSP430 很容易实现这种语音记录器。MSP430 微控制器利用集成外设来实现片上模拟信号链。此外，MSP430 的 CPU 处理能力非常强大，足以执行录制声音的压缩。

2 压缩与解压缩算法
　　举例来说，实现语音记录器的最简单办法就是将 A/D 转换器转换结果（如 12 位采样）直接存储在闪存中。音频数据大多数时间都不使用整个 A/D 转换器范围，也就是说，冗余数据也存储在闪存中。压缩算法可去除这些冗余信息，从而减小所存储数据的容量。
　　自适应差分脉冲代码调制 (ADPCM) 就是此种类型的压缩算法。ADPCM 算法存在各种类型，但都使用量化器差分编码与量化器中自适应量化阶步长方案。在进一步讨论 IMA ADPCM 算法用于相关代码之前，我们首要来简单介绍一下差分 PCM 编码。
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6条回答
i1mcu
2019-08-05 22:55
图 2 显示了一小段录制音频流，并通过两个示意图给出了模拟音频输入采样（PCM 值）与连续采样（DPCM 值）间差值的比较。
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　　PCM 值的范围在 26 到 203 之间，总共 177 个步长。编码的 DPCM 值范围在 –44 至 46之间，总共 90个步长。尽管量化器步长仅为 1，但这种 DPCM 编码已经实现了输入数据的压缩功能。只需选择较大的量化器步长即可将编码 DPCM值的范围进一步缩小。



                              图 2. 8 位音频数据与连续采样差值的比较
　　                               　（差分 PCM 步长 = 1）

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