rpe演算法

『壹』 基帶晶元的組成

基帶晶元可分為五個子塊：CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、數據機和介面模塊。
CPU處理器對整個移動台進行控制和管理，包括定時控制、數字系統控制、射頻控制、省電控制和人機介面控制等。若採用跳頻，還應包括對跳頻的控制。同時，CPU處理器完成GSM終端所有的軟體功能，即GSM通信協議的layer1(物理層)、layer2(數據鏈路層)、layer3(網路層)、MMI(人-機介面)和應用層軟體。
信道編碼器主要完成業務信息和控制信息的信道編碼、加密等，其中信道編碼包括卷積編碼、FIRE碼、奇偶校驗碼、交織、突發脈沖格式化。
數字信號處理器主要完成採用Viterbi演算法的信道均衡和基於規則脈沖激勵-長期預測技術(RPE-LPC)的語音編碼/解碼。
調制/解調器主要完成GSM系統所要求的高斯最小移頻鍵控(GMSK)調制/解調方式。
介面部分包括模擬介面、數字介面以及人機介面三個子塊；
(1)模擬介麵包括；語音輸入/輸出介面；射頻控制介面。
(2)輔助介面；電池電量、電池溫度等模擬量的採集。
(3)數字介麵包括；系統介面；SIM卡介面；測試介面；EEPROM介面；存儲器介面；ROM介面主要用來連接存儲程序的存儲器FLASHROM，在FLASHROM中通常存儲layer1，2，3、MMI和應用層的程序。RAM介面主要用來連接存貯暫存數據的靜態RAM(SRAM)。

『貳』 什麼是基帶晶元

常見基帶處理器負責數據處理與儲存，主要組件為DSP、微控制器、內存（如SRAM、Flash）等單元，主要功能為基帶編碼/解碼、聲音編碼及語音編碼 等。目前主流基帶架構：DSP+ARM。目前的主流是將射頻收發器(小信號部分)集成到手機基帶中，未來射頻前端也有可能集成到手機基帶里。隨著數字射頻 技術的發展，射頻部分被越來越多地集成到數字基帶部分，電源管理則被更多地集成到模擬基帶部分，而隨著模擬基帶和數字基帶的集成越來越成為必然的趨勢，射 頻可能最終將被完全集成到手機基帶晶元中。德州儀器、英飛凌等廠商將基帶和射頻部分集成在一起，對於中高端應用則加上應用處理器。
基帶晶元是用來合成即將的發射的基帶信號，或對接收到的基帶信號進行解碼。具體地說，就是：發射時，把音頻信號編譯成用來發射的基帶碼；接收時，把收 到的基帶碼解譯為音頻信號。同時，也負責地址信息（手機號、網站地址）、文字信息（短訊文字、網站文字）、圖片信息的編譯。其主要組件為處理器（DSP、 ARM等）和內存（如SRAM、Flash）。
必須說明的是：早期的基帶晶元一般沒有音頻信號的編譯(編碼解碼)功能，也沒有視頻信息的處理功能。而目前的晶元，大都集成了這些功能。甚至，為了進 一步簡化設計，這些編譯電路所需要的電源管理電路也日益集成於其中。但是，為了保證電路的穩定性和抗干擾性以及個性化設計的要求，信號的功率放大電路尚未 集成於此，而是由另外晶元獨立完成。
基帶部分可分為五個子塊：CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、數據機和介面模塊。
CPU處理器對整個移動台進行控制和管理，包括定時控制、數字系統控制、射頻控制、省電控制和人機介面控制等。若採用跳頻，還應包括對跳頻的控制。同時，CPU處理器完成GSM終端所有的軟體功能，即GSM通信協議的layer1(物理層)、layer2(數據鏈路層)、layer3(網路層)、 MMI(人-機介面)和應用層軟體。
信道編碼器主要完成業務信息和控制信息的信道編碼、加密等，其中信道編碼包括卷積編碼、FIRE碼、奇偶校驗碼、交織、突發脈沖格式化。
數字信號處理器主要完成採用Viterbi演算法的信道均衡和基於規則脈沖激勵—長期預測技術(RPE-LPC)的語音編碼/解碼。
調制/解調器主要完成GSM系統所要求的高斯最小移頻鍵控(GMSK)調制/解調方式。
介面部分包括模擬介面、數字介面以及人機介面三個子塊:
(1)模擬介麵包括：語音輸入/輸出介面;射頻控制介面。
(2)輔助介面：電池電量、電池溫度等模擬量的採集。
(3)數字介麵包括：系統介面;SIM卡介面;測試介面;EEPROM介面;存儲器介面：ROM介面主要用來連接存儲程序的存儲器FLASHROM， 在FLASHROM中通常存儲layer1，2，3、MMI和應用層的程序。

『叄』 用單片機實現聲音信號的MP3格式壓縮

（一）、語音基礎知識
1、什麼是語音晶元？
語音晶元定義：將語音信號通過采樣轉化為數字，存儲在IC的ROM中，再通過電路將ROM中的數字還原成語音信號。
普通語音晶元放音功能實質上是一個DAC過程，而ADC過程資料是由電腦完成，其中包括對語音信號的采樣、壓縮、EQ等處理。
錄音晶元包括ADC和DAC兩個過程，都是由晶元本身完成的，包括語音數據的採集、分析、壓縮、存儲、播放等步驟。
ADC=Analog Digital Change 模數轉換
DAC= Digital Analog Change 數模轉換
音質的優劣取決於ADC和DAC位數的多少。例如，華邦的W90P710系列，ADC和DAC均為32bit,接近真人音質。HELIOS公司的H224QP系列與九齊的NY3\NY5系列，ADC和DAC均為16bit，接近CD音質。SUNLINK公司的SLP300系列與佑華的AMEFB系列的DAC為8bit，為普通音質。
2、語音信號的量化表述：（分類：語音晶元 和 音樂晶元）
(a) 「語音晶元」介紹：
（1）語音信號的量化
采樣率（f）、位數（n）、波特率（T）
采樣：將語音模擬信號轉化成數字信號。
采樣率：每秒采樣的個數（byte）。
波特率：每秒鍾采樣的位數(bit)。波特率直接決定音質。Bps: bit per second
采樣位數指在二進制條件下的位數。一般在沒有特別說明的情況下，聲音的采樣位數指8位，由00H--FFH，靜音定為80H。
（2）采樣率
奈奎斯特抽樣定理（Nyquist Law）：要從抽樣信號中無失真地恢復原信號，抽樣頻率應大於2倍信號最高頻率。抽樣頻率小於2倍頻譜最高頻率時，信號的頻譜有混疊。抽樣頻率大於2倍頻譜最高頻率時，信號的頻譜無混疊。
嗓音的頻帶寬度為20～20K HZ左右，普通的聲音大概在3KHZ以下。所以，一般CD取的音質為44.1K和16bit，如果碰到某些特別的聲音，如樂器，音質也有用48K和24bit的情況，但不是主流。
一般在我們處理針對普通語音IC的時候，采樣率最高達到16K就夠了、說話聲一般取8K（如電話音質）、6K左右。低於6K效果比較差。
在應用單片機的過程中，采樣越高，定時器中斷速度越快，會影響到其他信號的監控和檢測，所以要綜合考慮。
（3）語音壓縮技術。
由於語音數據量龐大，對語音數據進行有效壓縮是很必要的，能夠使我們在有限的ROM空間里錄入更多的語音內容。有以下幾種方式：
語音分段：將語音中可以重復的部分截取出來，通過排列組合將內容完整地回放出來。
語音采樣：一般我們使用的喇叭頻響曲線在中頻部分，較少用到高頻，所以，在喇叭音質可以接受的情況下，適當降低采樣頻率，達到壓縮效果，這種過程是不可逆的，無法恢復原貌，叫有損壓縮。
數學壓縮：主要是針對采樣位數進行壓縮，這種方式也是有損壓縮。例如，我們經常採用的ADPCM壓縮格式，是將語音數據從16bit壓縮到4bit，壓縮率是4倍。MP3是對數據流進行壓縮，涉及到數據預測問題，它的波特率壓縮倍率為10倍左右。
通常，以上幾種壓縮方式都是綜合起來使用的。
（4）常用語音格式
PCM格式： Pulse Code Molation 脈沖編碼調制，它將聲音模擬信號采樣後得到量化後的語音數據，是最基本最原始的一種語音格式。同它極為類似的還有RAW格式和SND格式。它們都是純語音格式。
WAV格式：Wave Audio Files 是微軟公司開發的一種聲音文件格式，也叫波形聲音文件，被Windows平台及其應用程序廣泛支持。WAV格式支持許多壓縮演算法，支持多種音頻位數、采樣頻率和聲道，但WAV格式對存儲空間需求太大不便於交流和傳播。WAV文件裡面存放的每一塊數據都有自己獨立的標識，通過這些標識可以告訴用戶究竟這是什麼數據，這些數據包括采樣頻率和位數，單聲道(mono)還是立體聲(stero)等。
ADPCM格式：是利用對過去的幾個抽樣值來預測當前輸入的樣值，並使其具有自適應的預測功能與實際檢測值進行比較，隨時對測得的差值自動進行量化級差的處理，使之始終保持與信號同步變化。它適用於語音變化率適中的情況，而且聲音回放過程簡短。它的優點是對於人聲的處理比較逼真，一般達到90％以上，已廣泛地應用於電話通信領域。
MP3格式： Moving Picture Experts Group Audio Layer III，簡稱為MP3。它是利用 MPEG Audio Layer 3 的技術，採取了名為「感官編碼技術」的編碼演算法：編碼時先對音頻文件進行頻譜分析，然後用過濾器濾掉噪音電平，接著通過量化的方式將剩下的每一位打散排列，最後形成具有較高壓縮比的mp3文件，並使壓縮後的文件在回放時能夠達到較接近原音源的聲音效果。它的實質是vbr（Variant Bitrate 可變波特率）可以根據編碼的內容動態地選擇合適的波特率，因此編碼的結果是在保證了音質的同時又照顧了文件的大小。
mp3壓縮率10倍甚至12倍。是最初出現的一種高壓縮率的語音格式。
Linear Scale格式：根據聲音的變化率大小，把聲音分成若干段，對每段用線性比例進行壓縮，但是它的比例是可變的。SUNLINK公司和ALPHA公司的Linear Scale格式為5bit。
Logpcm格式：基本上對整個聲音進行線性壓縮，將最後若干位去掉。這種壓縮方式在硬體上很容易實現，但音質比Linear Scale差一些，特別是音量較小聲音比較細膩的情況下效果較差。主要用於pure speech方面。
（b）「音樂晶元」介紹：
（1）音樂的通道與音色：
包絡（envelope）方波(patch) 通道（channel）
包絡：合成音色的一部分，單位時間內音符輸出的變化，常見有「ADSR」
方波：合成音色的一部分，單位時間內音符方波電流的變化。（另見三角波等）
通道：在同一時間內，晶元輸出的音符個數，即「單音樂器」的個數。
PCT：模擬音色的一種，通過采樣256個點的樂器聲音來模擬出各個音符的音高。(音色柔和，占空間小，但不夠真實)
FULL WAVE：通過採集一種樂器聲音來模擬各個音符音高。（樂器聲真實，但佔用空間大，且採集音色音質要求高）
（2）音樂的壓縮：
由於音樂數據量龐大，對音樂數據進行有效壓縮是很必要的，能夠使我們在有限的ROM空間里錄入更多的音樂內容。有以下幾種方式：
音樂分段：將音樂中可以重復的部分截取出來，通過排列組合將內容完整地回放出來。
音色：根據音樂的豐滿程度、需求程度，來確定Full wave，PCT、al tone的選擇，各個音色佔用空間不懂，音色質量也不同。。
數學壓縮：主要是針對采樣的音色（Full wave）進行壓縮，這種方式也是有損壓縮，對於要採集的音色進行降采樣、處理等減小採集音色的大小（同語音類的修音）。
（3）常用音樂格式：
MID格式：MIDI(Musical Instrument Digital Interface)樂器數字介面 ，是20 世紀80 年代初為解決電聲樂器之間的通信問題而提出的。MIDI 傳輸的不是聲音信號, 而是音符、控制參數等指令。
WAV格式：（相見語音IC類介紹）採集音色的格式。
3、語音ROM空間的表述
語音晶元為表述的形象化，由語音長度來表示
a)普通語音晶元以6K采樣率為語音長度計算標准。
b)錄音IC以4K采樣率為語音長度計算標准。
即：以6k（4k）采樣率晶元可以播放的長度。
4、語音晶元的要素
相同品種的晶元成本與晶元的大小成正比。
a)I/O口的分配和ROM的大小（語音秒數）決定晶元成本。低秒數語音晶元其I/O口較少。
b)音質提高，采樣提高，語音秒數縮短。
音質降低，采樣降低，語音秒數變長
c) 語音秒數的計算方法：M/(n*f)
M---ROM大小（bit） n*f---波特率
5、聲音處理軟體介紹
1）SoundForge
2）Cooledit
3）goldwave
4）Calewalk

『肆』 交織編碼的編碼器設計

軟體無線電是一種實現無線通信的新的體系結構，是無線通信產業從模擬到數字、從固定到移動這兩次革命後的第三次革命，是從硬體無線通信到軟體無線通信的革命。
在從事使用軟體無線實現GSM基站研究中，在深入研究GSM通信系統信道編碼結構、交織方式的基礎上，利用VHDL硬體描述語言完成GSM基站信道編碼中使用的交織器的具體設計，為進一步研究軟體無線技術在GSM基站系統中應用打下基礎。
1、GSM的話音編碼與信道編碼
在GSM通信系統中，全速率話音編碼演算法為規則脈沖激勵及長期預測演算法(RPE-LTP)。模擬話音首先通過一個ADC以8kHz采樣頻率進行采樣，每個采樣點用均勻13b編碼。話音編碼器對每20ms一段的話音進行壓縮編碼，編碼結果為每20 ms產生260 b的數據塊。這260 b的數據根據他們的重要性分成為3類：Ia類、Ib類和Ⅱ類。Ia類共50 b，為非常重要的數據。如果這些數據被修改，恢復的話音將發生很大的錯誤，甚至無法恢復正常的話音，因此這些數據需要嚴格保護。Ib類數據共132 b，是比較重要的數據，需要進行較好的保護。Ⅱ類數據共78 b，為一般重要的數據，發生一些差錯也不會對恢復的話音有太大的影響，通常不對其進行保護。根據數據重要性的不同，決定信道編碼中採用不同的保護方法。
GSM通信系統的信道編碼首先對Ia類數據進行差錯檢測編碼，產生3個循環冗餘校驗(CRC)比特，這些比特的產生使用多項式為G(x)=X3？X？1。3個CRC比特附在Ia類的50b後面，再與Ib類數據組合在一起進行K=5，r=1/2的卷積編碼，卷積編碼器使用的2個多項式為P1(x)=X4？X3？1和P2(x)=X4？X3？X？1，卷積編碼產生的結果是兩個189b的序列，將他們與不需要保護的Ⅱ類數據復合在一起，產生一個完整的經過信道編碼的話音幀，共456b。
2、交織編碼器工作原理
信道編碼中採用交織技術，可打亂碼字比特之間的相關性，將信道中傳輸過程中的成群突發錯誤轉換為隨機錯誤，從而提高整個通信系統的可靠性。交織編碼根據交織方式的不同，可分為線性交織、卷積交織和偽隨機交織。其中線性交織編碼是一種比較常見的形式。所謂線性交織編碼器，是指把糾錯編碼器輸出信號均勻分成m個碼組，每個碼組由n段數據構成，這樣就構成一個n×m的矩陣。這里把這個矩陣稱為交織矩陣。如圖1所示，數據以a11，a12，…，a1n，a21，a22，…，a2n，…，aij，…，am1，am2，…，amn(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)的順序進入交織矩陣，交織處理後以a11，n21，…，am1，a12，a22，…，am2，…，a1n，a2n，…，amn的順序從交織矩陣中送出，這樣就完成對數據的交織編碼，如圖1所示。還可以按照其他順序從交織矩陣中讀出數據，不管採用哪種方式，其最終目的都是把輸入數據的次序打亂。如果aij只包含1個數據比特，稱為按比特交織;如果aij包含多個數據比特，則稱為按字交織。接收端的交織解碼同交織編碼過程相類似。

一般來說，如果有n個(m，k)碼，排成，n×m矩陣，按列交織後存儲或傳送，讀出或接收時恢復原來的排列，若(m，k)碼能糾t個錯誤，那麼交織後就可糾m個錯誤。對糾正信道傳輸過程中出現的突發錯誤效果明顯，如圖2所示。

GSM中使用這種比特交織器。其交織方式為將信道編碼後的每20ms的數據塊m=456b拆分到8組中，每組57b，然後這每組57 b分配到不同的Burst中。
3、交織編碼器的軟體設計
GSM通信系統必須滿足實時性的要求，因此，交織編碼引入的延時應盡可能小。為了同時滿足塊內交織進行(57，8)矩陣轉置變換和延時盡可能小的要求，該交織器利用2片雙口RAM實現，記作RAM_和RAM_B。交織處理時，按地址從0～455將456b輸入數據全部寫入RAM_A，待456b數據全部送入RAM_A後，控制信號使RAM_A由寫狀態轉換到讀狀態，同時，將輸入的待交織數據寫入RAM_B，RAM_B為寫狀態，交織器由RAM_A輸出數據。經過456個時鍾周期後，從RAM_A讀出456b數據的同時，RAM_B寫入一個時隙的456 b數據。此時，改變RAM_A和RAM_B的讀寫狀態，RAM_A開始寫，從RAM_B中讀取數據。如此反復完成數據的實時連續交織處理。
完成交織處理的核心問題是處理好讀/寫地址之間的關系，該交織器讀/寫地址的變換採用如下演算法完成：
為減少FPGA運算量，可利用Matlab，C語言等實現讀/寫地址矩陣轉置運算。這里採用Matlab完成讀/寫地址矩陣轉置運算，具體程序為：x=0：1：455;reshape(x，57，8)。讀/寫地址的變換結果存儲在address_ROM.mif文件中。利用VHDL語言描述該交織編碼器完整代碼如下：
4、模擬分析
利用Altera公司的QuartusⅡ工具軟體，對該交織器模擬分析，得到的時序模擬波形如圖2所示。從讀地址(rd_addr_A)和寫地址(wr_addr_A)以及(data_in)和(intlv_out)可以看出，該交織器完成既定的交織功能，延時相當小，該設計方法正確可行。
5、結語
本文提出基於FPGA實現交織器的方法，給出利用VHDL語言描述該交織器的全部代碼。通過模擬分析驗證該實現方案的正確性和可行性。為進一步研究GSM通信系統基站軟體化打下了良好的基礎。

『伍』 無線基帶晶元科技含量

很高
在每個移動通訊設備中都有一個基帶晶元，它是一種用於無線電傳輸和接收數據的數字晶元。基帶晶元主要分為5個子模塊：
CPU處理器：對整個移動台進行控制盒管理，完成GSM終端所有的軟體功能，即GSM通信協議的物理層、數據鏈層、網路層、 MMI和應用層軟體。信道編碼器：主要完成業務信息和控制信息的信道編碼、加密等。數字信號處理器：主要完成採用Viterbi演算法的信道均衡和基於規則脈沖激勵-長期預測技術（RPELPC）的語音編碼/解碼。數據機：主要完成GSM系統所要求的調制/解調方案。介面模塊：包括模擬介面、數字介面以及人機介面三個子塊。

『陸』 高通基帶啥意思為啥說高通基帶好

高通基帶是指每個移動通訊設備中都有一個基帶晶元，它是一種用於無線電傳輸和接收數據的數字晶元。

基帶晶元主要分為5個子模塊：

CPU處理器：對整個移動台進行控制盒管理，完成GSM終端所有的軟體功能，即GSM通信協議的物理層、數據鏈層、網路層、 MMI和應用層軟體。

信道編碼器：主要完成業務信息和控制信息的信道編碼、加密等。

數字信號處理器：主要完成採用Viterbi演算法的信道均衡和基於規則脈沖激勵-長期預測技術（RPELPC）的語音編碼/解碼。

數據機：主要完成GSM系統所要求的調制/解調方案。介面模塊：包括模擬介面、數字介面以及人機介面三個子塊。

(6)rpe演算法擴展閱讀：

在人們的手機中通常由兩大部分電路組成，一部分是高層處理部分，相當於我們使用的電腦;另一部分就是基帶，這部分相當於我們使用的Modem，手機支持什麼樣的網路制式(GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等)都是由它來決定的，就像ADSL Modem和普通窄帶Modem的區別一樣。

用手機打電話、上網、發簡訊等等，都是通過上層處理系統下發指令(通常是標准AT指令)給基帶部分，並由基帶部分處理執行，基帶部分完成處理後就會在手機和無線網路間建立起一條邏輯通道，我們的話音、簡訊或上網數據包都是通過這個邏輯通道傳送出去的。

『柒』 混合編碼的應用

無論是在音頻信號的數據壓縮中， 還是圖像信號的數據壓縮中， 混合編碼均被廣泛採用。見下表 演算法 名稱 碼率（kb/s） 標准 制定組織 制定時間 應用領域 質量 CELPC 碼激勵LPC 4.8 NSA 1989 保密語音 3.2 VSELPC 矢量和激勵LPC 8 GIA CTIA 1989 移動通信
語音信箱 3.8 RPE-LTP 長時預測規則 碼激勵 13.2 GSM GSM 1983 3.8 LD-CELP 低延時碼激勵 LPC 16 G.728 ITU 1992 ISDN 4.1 MPEG 多子帶感知編碼 128 MPEG ISO 1992 CD 5.0

『捌』 預測編碼的DPCM

DPCM系統工作時，發送端先發送一個起始值x0，接著就只發送預測誤差值ek = xk – x^k，而預測值x^k可記為
x^k = f（x'1，x'2，…， x' N，k）， k > N （1）
式中k > N表示x'1，x'2，…， x' N的時序在xk之前，為所謂因果型（Causal）預測，否則為非因果型預測。
接收端把接收到的量化後的預測誤差e^k 與本地算出的x^k相加，即得恢復信號x'k。如果沒有傳輸誤差，則接收端重建信號x'k與發送端原始信號xk之間的誤差為：
xk - x' k = x k - ( x^k + e^k )
= ( xk - x^k ) - e^k
= ek - e^k
= qk （2）
這正是發送端量化器產生的量化誤差，即整個預測編碼系統的失真完全由量化器產生。因此，當xk已經是數字信號時，如果去掉量化器，使e^k = ek，則qk = 0，即x'k = xk 。這表明，這類不帶量化器的DPCM系統也可用於無損編碼。但如果量化誤差qk ≠ 0，則x'k ≠xk，為有損編碼。
如果預測方程式（2）的右方是各個x'i的線性函數，即
N
x' k = Σai(k) x' i k > N (3)
i=1
即得常用的線性預測，又稱線性預測編碼（LPC，Linear Predictive Coding）。LPC在語音處理中得到廣泛應用，並在此基礎上發展了許多演算法，典型的有：多脈沖線性預測編碼（MPLPC），規則脈沖激勵編碼（RPE），碼激勵線性預測（CELP），代數激勵線性預測（ACELP），矢量和激勵線性預測（VSELP），QCELP（Qualcomm CELP，變速率CELP），低延時碼激勵線性預測（LD-CELP），共軛結構代數激勵線性預測（CS-ACELP），混合激勵線性預測（MELP），間隔同步更新碼激勵線性預測（PSI-CELP），鬆弛碼激勵線性預測（RCELP），殘差激勵線性預測（RELP），規則脈沖激勵長時預測（RPE-LTP）等。
在DPCM中，「1位量化」的特殊情況稱為增量調制（Δ調制）。
為了能夠正確恢復被壓縮的信號，不僅在接收端有一個與發送端相同的預測器，而且其輸入信號也要相同（都是x'k，而不是xk），動作也與發送端的預測器環路（即發送端本地的反量化和解碼部分）完全相同。
在圖像信號中應用DPCM時，用作預測的像素和被預測的像素可以在同一行，也可以在不同行（同一幀），甚至在不同幀，分別稱為一維預測、二維預測和三維預測。聲音信號中的預測只是一維預測。
DPCM的優點是演算法簡單，容易硬體實現，缺點是對信道雜訊很敏感，會產生誤差擴散。即某一位碼出錯，對圖像一維預測來說，將使該像素以後的同一行各個像素都產生誤差；而對二維預測，該碼引起的誤差還將擴散到以下的各行。這樣，將使圖像質量大大下降。同時，DPCM的壓縮率也比較低。隨著變換編碼的廣泛應用，DPCM的作用已很有限。