rpe算法

‘壹’ 基带芯片的组成

基带芯片可分为五个子块：CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。
CPU处理器对整个移动台进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控制、射频控制、省电控制和人机接口控制等。若采用跳频，还应包括对跳频的控制。同时，CPU处理器完成GSM终端所有的软件功能，即GSM通信协议的layer1(物理层)、layer2(数据链路层)、layer3(网络层)、MMI(人-机接口)和应用层软件。
信道编码器主要完成业务信息和控制信息的信道编码、加密等，其中信道编码包括卷积编码、FIRE码、奇偶校验码、交织、突发脉冲格式化。
数字信号处理器主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于规则脉冲激励-长期预测技术(RPE-LPC)的语音编码/解码。
调制/解调器主要完成GSM系统所要求的高斯最小移频键控(GMSK)调制/解调方式。
接口部分包括模拟接口、数字接口以及人机接口三个子块；
(1)模拟接口包括；语音输入/输出接口；射频控制接口。
(2)辅助接口；电池电量、电池温度等模拟量的采集。
(3)数字接口包括；系统接口；SIM卡接口；测试接口；EEPROM接口；存储器接口；ROM接口主要用来连接存储程序的存储器FLASHROM，在FLASHROM中通常存储layer1，2，3、MMI和应用层的程序。RAM接口主要用来连接存贮暂存数据的静态RAM(SRAM)。

‘贰’ 什么是基带芯片

常见基带处理器负责数据处理与储存，主要组件为DSP、微控制器、内存（如SRAM、Flash）等单元，主要功能为基带编码/译码、声音编码及语音编码 等。目前主流基带架构：DSP+ARM。目前的主流是将射频收发器(小信号部分)集成到手机基带中，未来射频前端也有可能集成到手机基带里。随着数字射频 技术的发展，射频部分被越来越多地集成到数字基带部分，电源管理则被更多地集成到模拟基带部分，而随着模拟基带和数字基带的集成越来越成为必然的趋势，射 频可能最终将被完全集成到手机基带芯片中。德州仪器、英飞凌等厂商将基带和射频部分集成在一起，对于中高端应用则加上应用处理器。
基带芯片是用来合成即将的发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。具体地说，就是：发射时，把音频信号编译成用来发射的基带码；接收时，把收 到的基带码解译为音频信号。同时，也负责地址信息（手机号、网站地址）、文字信息（短讯文字、网站文字）、图片信息的编译。其主要组件为处理器（DSP、 ARM等）和内存（如SRAM、Flash）。
必须说明的是：早期的基带芯片一般没有音频信号的编译(编码解码)功能，也没有视频信息的处理功能。而目前的芯片，大都集成了这些功能。甚至，为了进 一步简化设计，这些编译电路所需要的电源管理电路也日益集成于其中。但是，为了保证电路的稳定性和抗干扰性以及个性化设计的要求，信号的功率放大电路尚未 集成于此，而是由另外芯片独立完成。
基带部分可分为五个子块：CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。
CPU处理器对整个移动台进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控制、射频控制、省电控制和人机接口控制等。若采用跳频，还应包括对跳频的控制。同时，CPU处理器完成GSM终端所有的软件功能，即GSM通信协议的layer1(物理层)、layer2(数据链路层)、layer3(网络层)、 MMI(人-机接口)和应用层软件。
信道编码器主要完成业务信息和控制信息的信道编码、加密等，其中信道编码包括卷积编码、FIRE码、奇偶校验码、交织、突发脉冲格式化。
数字信号处理器主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于规则脉冲激励—长期预测技术(RPE-LPC)的语音编码/解码。
调制/解调器主要完成GSM系统所要求的高斯最小移频键控(GMSK)调制/解调方式。
接口部分包括模拟接口、数字接口以及人机接口三个子块:
(1)模拟接口包括：语音输入/输出接口;射频控制接口。
(2)辅助接口：电池电量、电池温度等模拟量的采集。
(3)数字接口包括：系统接口;SIM卡接口;测试接口;EEPROM接口;存储器接口：ROM接口主要用来连接存储程序的存储器FLASHROM， 在FLASHROM中通常存储layer1，2，3、MMI和应用层的程序。

‘叁’ 用单片机实现声音信号的MP3格式压缩

（一）、语音基础知识
1、什么是语音芯片？
语音芯片定义：将语音信号通过采样转化为数字，存储在IC的ROM中，再通过电路将ROM中的数字还原成语音信号。
普通语音芯片放音功能实质上是一个DAC过程，而ADC过程资料是由电脑完成，其中包括对语音信号的采样、压缩、EQ等处理。
录音芯片包括ADC和DAC两个过程，都是由芯片本身完成的，包括语音数据的采集、分析、压缩、存储、播放等步骤。
ADC=Analog Digital Change 模数转换
DAC= Digital Analog Change 数模转换
音质的优劣取决于ADC和DAC位数的多少。例如，华邦的W90P710系列，ADC和DAC均为32bit,接近真人音质。HELIOS公司的H224QP系列与九齐的NY3\NY5系列，ADC和DAC均为16bit，接近CD音质。SUNLINK公司的SLP300系列与佑华的AMEFB系列的DAC为8bit，为普通音质。
2、语音信号的量化表述：（分类：语音芯片 和 音乐芯片）
(a) “语音芯片”介绍：
（1）语音信号的量化
采样率（f）、位数（n）、波特率（T）
采样：将语音模拟信号转化成数字信号。
采样率：每秒采样的个数（byte）。
波特率：每秒钟采样的位数(bit)。波特率直接决定音质。Bps: bit per second
采样位数指在二进制条件下的位数。一般在没有特别说明的情况下，声音的采样位数指8位，由00H--FFH，静音定为80H。
（2）采样率
奈奎斯特抽样定理（Nyquist Law）：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。
嗓音的频带宽度为20～20K HZ左右，普通的声音大概在3KHZ以下。所以，一般CD取的音质为44.1K和16bit，如果碰到某些特别的声音，如乐器，音质也有用48K和24bit的情况，但不是主流。
一般在我们处理针对普通语音IC的时候，采样率最高达到16K就够了、说话声一般取8K（如电话音质）、6K左右。低于6K效果比较差。
在应用单片机的过程中，采样越高，定时器中断速度越快，会影响到其他信号的监控和检测，所以要综合考虑。
（3）语音压缩技术。
由于语音数据量庞大，对语音数据进行有效压缩是很必要的，能够使我们在有限的ROM空间里录入更多的语音内容。有以下几种方式：
语音分段：将语音中可以重复的部分截取出来，通过排列组合将内容完整地回放出来。
语音采样：一般我们使用的喇叭频响曲线在中频部分，较少用到高频，所以，在喇叭音质可以接受的情况下，适当降低采样频率，达到压缩效果，这种过程是不可逆的，无法恢复原貌，叫有损压缩。
数学压缩：主要是针对采样位数进行压缩，这种方式也是有损压缩。例如，我们经常采用的ADPCM压缩格式，是将语音数据从16bit压缩到4bit，压缩率是4倍。MP3是对数据流进行压缩，涉及到数据预测问题，它的波特率压缩倍率为10倍左右。
通常，以上几种压缩方式都是综合起来使用的。
（4）常用语音格式
PCM格式： Pulse Code Molation 脉冲编码调制，它将声音模拟信号采样后得到量化后的语音数据，是最基本最原始的一种语音格式。同它极为类似的还有RAW格式和SND格式。它们都是纯语音格式。
WAV格式：Wave Audio Files 是微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，被Windows平台及其应用程序广泛支持。WAV格式支持许多压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，但WAV格式对存储空间需求太大不便于交流和传播。WAV文件里面存放的每一块数据都有自己独立的标识，通过这些标识可以告诉用户究竟这是什么数据，这些数据包括采样频率和位数，单声道(mono)还是立体声(stero)等。
ADPCM格式：是利用对过去的几个抽样值来预测当前输入的样值，并使其具有自适应的预测功能与实际检测值进行比较，随时对测得的差值自动进行量化级差的处理，使之始终保持与信号同步变化。它适用于语音变化率适中的情况，而且声音回放过程简短。它的优点是对于人声的处理比较逼真，一般达到90％以上，已广泛地应用于电话通信领域。
MP3格式： Moving Picture Experts Group Audio Layer III，简称为MP3。它是利用 MPEG Audio Layer 3 的技术，采取了名为“感官编码技术”的编码算法：编码时先对音频文件进行频谱分析，然后用过滤器滤掉噪音电平，接着通过量化的方式将剩下的每一位打散排列，最后形成具有较高压缩比的mp3文件，并使压缩后的文件在回放时能够达到较接近原音源的声音效果。它的实质是vbr（Variant Bitrate 可变波特率）可以根据编码的内容动态地选择合适的波特率，因此编码的结果是在保证了音质的同时又照顾了文件的大小。
mp3压缩率10倍甚至12倍。是最初出现的一种高压缩率的语音格式。
Linear Scale格式：根据声音的变化率大小，把声音分成若干段，对每段用线性比例进行压缩，但是它的比例是可变的。SUNLINK公司和ALPHA公司的Linear Scale格式为5bit。
Logpcm格式：基本上对整个声音进行线性压缩，将最后若干位去掉。这种压缩方式在硬件上很容易实现，但音质比Linear Scale差一些，特别是音量较小声音比较细腻的情况下效果较差。主要用于pure speech方面。
（b）“音乐芯片”介绍：
（1）音乐的通道与音色：
包络（envelope）方波(patch) 通道（channel）
包络：合成音色的一部分，单位时间内音符输出的变化，常见有“ADSR”
方波：合成音色的一部分，单位时间内音符方波电流的变化。（另见三角波等）
通道：在同一时间内，芯片输出的音符个数，即“单音乐器”的个数。
PCT：模拟音色的一种，通过采样256个点的乐器声音来模拟出各个音符的音高。(音色柔和，占空间小，但不够真实)
FULL WAVE：通过采集一种乐器声音来模拟各个音符音高。（乐器声真实，但占用空间大，且采集音色音质要求高）
（2）音乐的压缩：
由于音乐数据量庞大，对音乐数据进行有效压缩是很必要的，能够使我们在有限的ROM空间里录入更多的音乐内容。有以下几种方式：
音乐分段：将音乐中可以重复的部分截取出来，通过排列组合将内容完整地回放出来。
音色：根据音乐的丰满程度、需求程度，来确定Full wave，PCT、al tone的选择，各个音色占用空间不懂，音色质量也不同。。
数学压缩：主要是针对采样的音色（Full wave）进行压缩，这种方式也是有损压缩，对于要采集的音色进行降采样、处理等减小采集音色的大小（同语音类的修音）。
（3）常用音乐格式：
MID格式：MIDI(Musical Instrument Digital Interface)乐器数字接口 ，是20 世纪80 年代初为解决电声乐器之间的通信问题而提出的。MIDI 传输的不是声音信号, 而是音符、控制参数等指令。
WAV格式：（相见语音IC类介绍）采集音色的格式。
3、语音ROM空间的表述
语音芯片为表述的形象化，由语音长度来表示
a)普通语音芯片以6K采样率为语音长度计算标准。
b)录音IC以4K采样率为语音长度计算标准。
即：以6k（4k）采样率芯片可以播放的长度。
4、语音芯片的要素
相同品种的芯片成本与芯片的大小成正比。
a)I/O口的分配和ROM的大小（语音秒数）决定芯片成本。低秒数语音芯片其I/O口较少。
b)音质提高，采样提高，语音秒数缩短。
音质降低，采样降低，语音秒数变长
c) 语音秒数的计算方法：M/(n*f)
M---ROM大小（bit） n*f---波特率
5、声音处理软件介绍
1）SoundForge
2）Cooledit
3）goldwave
4）Calewalk

‘肆’ 交织编码的编码器设计

软件无线电是一种实现无线通信的新的体系结构，是无线通信产业从模拟到数字、从固定到移动这两次革命后的第三次革命，是从硬件无线通信到软件无线通信的革命。
在从事使用软件无线实现GSM基站研究中，在深入研究GSM通信系统信道编码结构、交织方式的基础上，利用VHDL硬件描述语言完成GSM基站信道编码中使用的交织器的具体设计，为进一步研究软件无线技术在GSM基站系统中应用打下基础。
1、GSM的话音编码与信道编码
在GSM通信系统中，全速率话音编码算法为规则脉冲激励及长期预测算法(RPE-LTP)。模拟话音首先通过一个ADC以8kHz采样频率进行采样，每个采样点用均匀13b编码。话音编码器对每20ms一段的话音进行压缩编码，编码结果为每20 ms产生260 b的数据块。这260 b的数据根据他们的重要性分成为3类：Ia类、Ib类和Ⅱ类。Ia类共50 b，为非常重要的数据。如果这些数据被修改，恢复的话音将发生很大的错误，甚至无法恢复正常的话音，因此这些数据需要严格保护。Ib类数据共132 b，是比较重要的数据，需要进行较好的保护。Ⅱ类数据共78 b，为一般重要的数据，发生一些差错也不会对恢复的话音有太大的影响，通常不对其进行保护。根据数据重要性的不同，决定信道编码中采用不同的保护方法。
GSM通信系统的信道编码首先对Ia类数据进行差错检测编码，产生3个循环冗余校验(CRC)比特，这些比特的产生使用多项式为G(x)=X3？X？1。3个CRC比特附在Ia类的50b后面，再与Ib类数据组合在一起进行K=5，r=1/2的卷积编码，卷积编码器使用的2个多项式为P1(x)=X4？X3？1和P2(x)=X4？X3？X？1，卷积编码产生的结果是两个189b的序列，将他们与不需要保护的Ⅱ类数据复合在一起，产生一个完整的经过信道编码的话音帧，共456b。
2、交织编码器工作原理
信道编码中采用交织技术，可打乱码字比特之间的相关性，将信道中传输过程中的成群突发错误转换为随机错误，从而提高整个通信系统的可靠性。交织编码根据交织方式的不同，可分为线性交织、卷积交织和伪随机交织。其中线性交织编码是一种比较常见的形式。所谓线性交织编码器，是指把纠错编码器输出信号均匀分成m个码组，每个码组由n段数据构成，这样就构成一个n×m的矩阵。这里把这个矩阵称为交织矩阵。如图1所示，数据以a11，a12，…，a1n，a21，a22，…，a2n，…，aij，…，am1，am2，…，amn(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)的顺序进入交织矩阵，交织处理后以a11，n21，…，am1，a12，a22，…，am2，…，a1n，a2n，…，amn的顺序从交织矩阵中送出，这样就完成对数据的交织编码，如图1所示。还可以按照其他顺序从交织矩阵中读出数据，不管采用哪种方式，其最终目的都是把输入数据的次序打乱。如果aij只包含1个数据比特，称为按比特交织;如果aij包含多个数据比特，则称为按字交织。接收端的交织译码同交织编码过程相类似。

一般来说，如果有n个(m，k)码，排成，n×m矩阵，按列交织后存储或传送，读出或接收时恢复原来的排列，若(m，k)码能纠t个错误，那么交织后就可纠m个错误。对纠正信道传输过程中出现的突发错误效果明显，如图2所示。

GSM中使用这种比特交织器。其交织方式为将信道编码后的每20ms的数据块m=456b拆分到8组中，每组57b，然后这每组57 b分配到不同的Burst中。
3、交织编码器的软件设计
GSM通信系统必须满足实时性的要求，因此，交织编码引入的延时应尽可能小。为了同时满足块内交织进行(57，8)矩阵转置变换和延时尽可能小的要求，该交织器利用2片双口RAM实现，记作RAM_和RAM_B。交织处理时，按地址从0～455将456b输入数据全部写入RAM_A，待456b数据全部送入RAM_A后，控制信号使RAM_A由写状态转换到读状态，同时，将输入的待交织数据写入RAM_B，RAM_B为写状态，交织器由RAM_A输出数据。经过456个时钟周期后，从RAM_A读出456b数据的同时，RAM_B写入一个时隙的456 b数据。此时，改变RAM_A和RAM_B的读写状态，RAM_A开始写，从RAM_B中读取数据。如此反复完成数据的实时连续交织处理。
完成交织处理的核心问题是处理好读/写地址之间的关系，该交织器读/写地址的变换采用如下算法完成：
为减少FPGA运算量，可利用Matlab，C语言等实现读/写地址矩阵转置运算。这里采用Matlab完成读/写地址矩阵转置运算，具体程序为：x=0：1：455;reshape(x，57，8)。读/写地址的变换结果存储在address_ROM.mif文件中。利用VHDL语言描述该交织编码器完整代码如下：
4、仿真分析
利用Altera公司的QuartusⅡ工具软件，对该交织器仿真分析，得到的时序仿真波形如图2所示。从读地址(rd_addr_A)和写地址(wr_addr_A)以及(data_in)和(intlv_out)可以看出，该交织器完成既定的交织功能，延时相当小，该设计方法正确可行。
5、结语
本文提出基于FPGA实现交织器的方法，给出利用VHDL语言描述该交织器的全部代码。通过仿真分析验证该实现方案的正确性和可行性。为进一步研究GSM通信系统基站软件化打下了良好的基础。

‘伍’ 无线基带芯片科技含量

很高
在每个移动通讯设备中都有一个基带芯片，它是一种用于无线电传输和接收数据的数字芯片。基带芯片主要分为5个子模块：
CPU处理器：对整个移动台进行控制盒管理，完成GSM终端所有的软件功能，即GSM通信协议的物理层、数据链层、网络层、 MMI和应用层软件。信道编码器：主要完成业务信息和控制信息的信道编码、加密等。数字信号处理器：主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于规则脉冲激励-长期预测技术（RPELPC）的语音编码/解码。调制解调器：主要完成GSM系统所要求的调制/解调方案。接口模块：包括模拟接口、数字接口以及人机接口三个子块。

‘陆’ 高通基带啥意思为啥说高通基带好

高通基带是指每个移动通讯设备中都有一个基带芯片，它是一种用于无线电传输和接收数据的数字芯片。

基带芯片主要分为5个子模块：

CPU处理器：对整个移动台进行控制盒管理，完成GSM终端所有的软件功能，即GSM通信协议的物理层、数据链层、网络层、 MMI和应用层软件。

信道编码器：主要完成业务信息和控制信息的信道编码、加密等。

数字信号处理器：主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于规则脉冲激励-长期预测技术（RPELPC）的语音编码/解码。

调制解调器：主要完成GSM系统所要求的调制/解调方案。接口模块：包括模拟接口、数字接口以及人机接口三个子块。

(6)rpe算法扩展阅读：

在人们的手机中通常由两大部分电路组成，一部分是高层处理部分，相当于我们使用的电脑;另一部分就是基带，这部分相当于我们使用的Modem，手机支持什么样的网络制式(GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等)都是由它来决定的，就像ADSL Modem和普通窄带Modem的区别一样。

用手机打电话、上网、发短信等等，都是通过上层处理系统下发指令(通常是标准AT指令)给基带部分，并由基带部分处理执行，基带部分完成处理后就会在手机和无线网络间建立起一条逻辑通道，我们的话音、短信或上网数据包都是通过这个逻辑通道传送出去的。

‘柒’ 混合编码的应用

无论是在音频信号的数据压缩中， 还是图像信号的数据压缩中， 混合编码均被广泛采用。见下表 算法 名称 码率（kb/s） 标准 制定组织 制定时间 应用领域 质量 CELPC 码激励LPC 4.8 NSA 1989 保密语音 3.2 VSELPC 矢量和激励LPC 8 GIA CTIA 1989 移动通信
语音信箱 3.8 RPE-LTP 长时预测规则 码激励 13.2 GSM GSM 1983 3.8 LD-CELP 低延时码激励 LPC 16 G.728 ITU 1992 ISDN 4.1 MPEG 多子带感知编码 128 MPEG ISO 1992 CD 5.0

‘捌’ 预测编码的DPCM

DPCM系统工作时，发送端先发送一个起始值x0，接着就只发送预测误差值ek = xk – x^k，而预测值x^k可记为
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的时序在xk之前，为所谓因果型（Causal）预测，否则为非因果型预测。
接收端把接收到的量化后的预测误差e^k 与本地算出的x^k相加，即得恢复信号x'k。如果没有传输误差，则接收端重建信号x'k与发送端原始信号xk之间的误差为：
xk - x' k = x k - ( x^k + e^k )
= ( xk - x^k ) - e^k
= ek - e^k
= qk （2）
这正是发送端量化器产生的量化误差，即整个预测编码系统的失真完全由量化器产生。因此，当xk已经是数字信号时，如果去掉量化器，使e^k = ek，则qk = 0，即x'k = xk 。这表明，这类不带量化器的DPCM系统也可用于无损编码。但如果量化误差qk ≠ 0，则x'k ≠xk，为有损编码。
如果预测方程式（2）的右方是各个x'i的线性函数，即
N
x' k = Σai(k) x' i k > N (3)
i=1
即得常用的线性预测，又称线性预测编码（LPC，Linear Predictive Coding）。LPC在语音处理中得到广泛应用，并在此基础上发展了许多算法，典型的有：多脉冲线性预测编码（MPLPC），规则脉冲激励编码（RPE），码激励线性预测（CELP），代数激励线性预测（ACELP），矢量和激励线性预测（VSELP），QCELP（Qualcomm CELP，变速率CELP），低延时码激励线性预测（LD-CELP），共轭结构代数激励线性预测（CS-ACELP），混合激励线性预测（MELP），间隔同步更新码激励线性预测（PSI-CELP），松弛码激励线性预测（RCELP），残差激励线性预测（RELP），规则脉冲激励长时预测（RPE-LTP）等。
在DPCM中，“1位量化”的特殊情况称为增量调制（Δ调制）。
为了能够正确恢复被压缩的信号，不仅在接收端有一个与发送端相同的预测器，而且其输入信号也要相同（都是x'k，而不是xk），动作也与发送端的预测器环路（即发送端本地的反量化和解码部分）完全相同。
在图像信号中应用DPCM时，用作预测的像素和被预测的像素可以在同一行，也可以在不同行（同一帧），甚至在不同帧，分别称为一维预测、二维预测和三维预测。声音信号中的预测只是一维预测。
DPCM的优点是算法简单，容易硬件实现，缺点是对信道噪声很敏感，会产生误差扩散。即某一位码出错，对图像一维预测来说，将使该像素以后的同一行各个像素都产生误差；而对二维预测，该码引起的误差还将扩散到以下的各行。这样，将使图像质量大大下降。同时，DPCM的压缩率也比较低。随着变换编码的广泛应用，DPCM的作用已很有限。