第一章绪论
1.1课题研究背景
二十世纪三十年代，A.H. Reeves在伟大的贝尔实验室提出了经典的脉冲编码调制（PCM)，揭开了语音数字化通信的新纪元。发展至今，语音编码技术已有70多年的历史⑴。自新中国改革开放以来，信息科学技术飞速发展，语音编解码技术在最近20多年中取得了重大突破性进展。一般意义上讲，我们通过传感器或其他信息釆集设备将采集的湿度、温度、距离、电压和电流等信息用数码管、LED、LCD或指针仪表显示给用户，用户可以获取所需要的这些信息，然而一种更为直接明确的语音信息播报方式会更加方便地满足用户要求。在如今高度发达的交通运输领域，数字语音存储技术得到广泛的应用，出租车、公共汽车、地铁和电梯等交通运输方式的语音报站（层）系统给人们的出行和工作带来了极大的便利。在车站、机场和港口等场所，钟控智能语音播报器的应用大大减轻了播音员的工作难度和强度，有效地提高了服务质量，更重要的是一定程度上方便了市民的旅行。在工业调度、侦辑办案和电话会议等场合备受青睐的长时间数码录音笔，以及飞机、火车、轮船或军舰等务必采用的语音黑匣子，使用的是耗电少、抗断电、体积小、成本低的高性能数字语音系统，使语音信息得以超长时间完整保存。
目前国内外使用的语音编解码系统大多是基于高度集成、性能优越的语音处理芯片，采用的是标准化的、目前比较先进的中、高速率语音编码算法[2],这样的语音系统语音质量固然高，却功耗大、成本高，在一般的语音系统中资源利用率极低。并且低速率的语音编码技术占用带宽相对较低，而且系统易于实现，比之前所述的语音编码算法有着较高的语音传输和存储效率。因此，低速的语音编码算法在语音存储、语音应答以及其他一些对性能要求不是很高但受带宽限制或存储空间限制的语音系统中发挥着不可替代的作用，同时有着极大的市场吸引力。
1.2研究目的和意义
在当今的语音信号数字处理过程中，语音编码技术是极其重要的一个环节，无数科学家、学者致力于语音编码算法的研究，为的是在保持语音的可懂度和音质的基础上希望找到一种更优良的算法来尽可能的减少传输码率或者存储量，使一定容量的信道能够传输更多的语音信号和节省存储器空间，提高传输或存储的效率。自适应差分脉冲编码调制（简称ADPCM)是目前所有语音压缩编码算法中复杂度相对较低的一种算法，它能在32Kb/s数码率上达到符合64Kb/s数码率的语音质量要求，也就是符合通常所说的长途电话的质量要求?。自适应差分脉冲编码调制算法主要是处理连续的语音波形数据，保存波形在时间域上的变化情况，目的是描述整个波形。ADPCM的前身是差分脉冲编码调制（简称DPCM)，改进之处在于量化器和预测器采用了自适应的方式，也就是说量化器与预测器的输入参数能够根据输入语音信号的统计特性自适应到信息的最佳或接近最佳的参数状态，产生最佳的量化和预测。ADPCM算法综合了差分脉冲编码技术和自适应技术二者的算法原理，同时综合了二者的优点，以达到与PCM编码相同语音质量为前提，ADPCM编码的语音数率只有PCM的50%，且具有较PCM更优的抗误码性能。
.........
第二章语音编码概述
2.1语音编解码发展历程
二十世纪三十年代，为减少语音信号中存在的冗佘信息，贝尔电话实验室(Bell Telephone Laboratories)的 Homer W. Dudley 独创性的打破了语音信号原有的内部结构，首先来分析声音信号，然后压减掉一些信号并重新合成为占用更少带宽的声音信号，并行带通语音分析与再合成的方法成功研制世界上第一个声码器["^在70多年前的那时，语音编码的初衷是想通过一定的语音信息压缩技术以节省带宽来应对AT&T网络上与円俱增的语音数据传输需求。然而，介于微波系统和光纤传输系统的发展与进步，语音编码的初衷未能如愿以偿。但技术的进步是毋庸置疑的，给后来的研究奠定了坚实的基础，近年来语音编码技术随着无线通信领域和VoiceOver IP系统的快速发展重新得到了提升，一跃成为国际标准化工作中最为活跃的领域之一。众所周知，模拟语音信号经过简单的抽样、量化之后便是数字语音信号，数字化之后的语音信息在信道中以数字信号的形式传输，在存储器中以数字信号的形式存储，在信源和信宿端以数字信号的形式处理。数字信号便于传输和存储，能够在噪声信道中进行可靠传输，易于交换，能够方便地加密传输m，是模拟信号不可匹及的优势所在，这也是为什么必须要将模拟信号数字化的原因。然而仅由简单的抽样后量化而未经任何信号处理的数字信号数据量太大，占用太多的信道资源和存储空间，不利于语音信号的传输和存储，对系统的要求很高。减小存储空间或降低传输比特率来节省带宽成为语音传输和存储的硬性要求，压缩编码应运而生。如何保证编码后在语音质量一定的前提下进行高效率的压缩编码，以及如何在一定信息速率的前提下提高编码后语音质量，是当今语音编码领域研究的热点和重点。
........
2.2波形编码分类
波形编码算法相对比较简单，在16?64Kb/s的速率上可以达到很高的语音质量，然而数据数率低于该值时，话音质量将急速下滑。波形编码方式中最为简单的是脉冲编码调制（Pulse Code Modulation,又称PCM)。脉冲编码调制过程中的量化采用的是所有量化方式中最为简单最基础的均匀量化方式["]。均勻量化将抽样后的话音信号转换成一组正比于信号幅度的二进制序列，与所谓的模数变换原理近乎相同。通常我们用脉冲来表示二进制数值(0与1)，同样地，我们用脉冲对抽样后的语音信号幅度来进行二进制数字编码。因此，脉冲编码调制实质上是一种模拟信号的量化过程。所谓均勾量化，是指将输入信号(?)的幅值等分成TV个相同的区间，落入每个区间的样本数用二进制形式表示出来。若区间数目TV足够大，则我们可以假设在同等宽度为A的区间内量化误差<?)均勾分布.
.........
第三章ADPCM编码原理.........19
3.1语音波形数字化.........19
3.2语音信号量化的方法.........21
3.3线性预测器.........25
3.4差分脉冲编码调制.........26
第四章语音系统设计方案及性能分析.........29
4.1系统硬件设计方案.........29
4.2程序软件设计.........40
4.3系统资源利用情况分析.........46
第五章语音系统硬件实现及测试
5.1语音系统硬件实现
基于单片机的ADPCM语音编解码系统的架构以单片机PIC16C72为核心，附加外围电路来实现。单片机的外围电路中最为重要的模块当属语音采集及放大模块与低通滤波器模块的设计，这两个模块的性能好坏对恢复语音的质量有着密不可分的联系。
5.1.1语音采集模块及前置放大与低通渡波器设计
如图所示：MIC、R1、R2、C1完成语音信号的采集，U1A及外围电路构成反相放大器放大MIC采集来的语音信号，R3、R6决定了前置放大器放大倍数，R4、R5构成电压偏置电路。R7、C4组成简卑的一阶低通滤波器，作为抗混叠滤波，输出到单片机PIC16C72的P1. 0脚进行A/D转换。AVD〕
.........
总结
本文从实际工程应用出发，针对某些只需釆集单路的话音数据并传输的应用场景，提出采用单片机来实现自适应差分脉冲编码调制（ADPCM)语音编解码，节省成本并降低系统调试复杂度，最优化的满足低功耗、低带宽、高质量的低速语音通信要求。本论文首先从语音编解码技术的背景和现状出发，介绍了几种常用的语音编码器，探讨了语音编码的研究方向。然后深入下去，详细阐述ADPCM编码的原理及算法，提出了基于单片机的ADPCM语音系统方案，对系统分别进行软硬件方面的搭建。最后，对系统的性能进行了测试分析。该设计成功达到了预期的目标，语音信号通过ADPCM编解码能得以很好的重现，资源利用率较之DSP、FPGA、ASIC实现的语音编解码系统得到很大的提升，成本却远远低于它们。作为一种经典的语音编解码，ADPCM算法结构较为简洁且易实现，能够很好的压缩语音信号，节省存储空间，在数字音频传输速率上得以提升，在一般的通信系统中有着巨大的应用潜力。单片机作为微型控制器件，系统结构简单，使用方便，可靠性高，成本极低，在数据处理不是特别复杂的场合单片机必然是系统设计的首选，基于单片机的ADPCM语音编解码系统有着广阔的应用前景。
参考文献（略）