多制式語音編碼及其DSP實現(xiàn)

　　串口與存儲區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換由CPU或DMA控制器完成。接收寄存器DRR滿(發(fā)送寄存器DXR空)時,串口向DMA發(fā)出同步事件(REVT/XEVT)或向CPU發(fā)出中斷請求(RINT/XINT),通知DMA或CPU數(shù)據(jù)傳輸已準(zhǔn)備好。

　　對PCM和G.729碼流,串口(McBSP0/McBSP1)的數(shù)據(jù)讀寫為DMA方式。

　　由于G.729采用分幀編碼,一次編解碼待處理的數(shù)據(jù)量較大。為了避免DMA讀取數(shù)據(jù)過程中連續(xù)碼流溢出,設(shè)計緩沖區(qū)為雙倍大小。這2塊緩沖區(qū)以乒乓方式工作,即DMA傳遞其中一塊緩沖區(qū)數(shù)據(jù)時,另一塊緩沖區(qū)接收來自串口或CPU的下一組數(shù)據(jù)。由于VC5409的DMA支持緩沖區(qū)全滿或半滿都產(chǎn)生中斷的方式,所以只要將這2塊緩沖區(qū)設(shè)計成連續(xù)的,就可以方便地實現(xiàn)乒乓工作,而不產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出。

　　對ADPCM/CVSD碼流,由于每次處理的碼流長度較短(32bit),故在中斷服務(wù)例程中由CPU直接讀寫串口(McBSP2),而不采取DMA方式。

3 軟件系統(tǒng)

　　(1)CVSD算法的修正

　　CVSD是每樣點1bit的編碼方式,所以32kbps和16kbps的CVSD輸出信號分別由32kHz和16kHz采樣的PCM信號編碼得到。而實際CVSD編碼器的輸入總是8kHz的采樣信號,為了滿足算法要求,對輸入PCM碼流進(jìn)行插值濾波。

　　根據(jù)插值定理,可以選擇低通濾波器無失真地恢復(fù)原始信號。為了取得信號質(zhì)量和運算量的折中,設(shè)計了5階的橢圓型IIR濾波器。

　　1：2插值 (16kbps)

　　分子多項式系數(shù):

　　[1.02295e-01， 1.14533e-01， 2.41943e-01，

　　2.41943e-01， 1.45325e-01， 1.02295e-01]

　　分母多項式系數(shù):

　　[1.00000e+00， -1.26125e+00， 1.91846e+00， -1.21680e+00， 6.79321e+01， -1.54358e+01]

　　1：4插值 (32kbps)

　　分子多項式系數(shù):

　　[4.48200e+02， -6.9309e+02， 4.68041e+02，

　　[4.68041e+02， -6.9309e+02， 4.48200e+02]

　　分母多項式系數(shù):

　　[1.00000e+00， -3.56926e+00， 5.66631e+00， -4.83285e+00， 2.20789e+00， -4.2822e+01]

　　另外,在對編解碼后的信號進(jìn)行頻譜測試時,發(fā)現(xiàn)在3kHz處,信號的幅度超出要求3db左右。為此在編碼端加入了譜調(diào)整的模塊,使3kHz處頻譜下降3db,作為補(bǔ)償。

　　(2) G.729算法的回聲抵消模塊

　　G.729算法編碼延時為15ms,回聲現(xiàn)象比較明顯,必須引入回聲抵消算法加以抑制。

　　自適應(yīng)回聲抵消器的一般算法中,所需運算量最大的是更新參數(shù)部分。階數(shù)越大,運算量越大?？紤]到DSP的性能和算法的運算量要求,采用128階的自適應(yīng)濾波器進(jìn)行回聲抵消。

　　回聲抵消模塊的輸入是當(dāng)前一幀輸入語音信號與以前解碼器輸出的一段合成語音。回聲抵消器利用解碼器輸出的合成語音信號對一幀輸入信號進(jìn)行回聲抵消,然后將抵消掉回聲的一幀輸入語音信號提供給編碼器作為輸入信號。

　　(3)存儲區(qū)的優(yōu)化^[4]

　?、儆捎谑褂肈P尋址,變量名僅指示偏移量;而4路信號分時處理,各路所用變量與程序代碼相同,所以可以使用不同頁上的同名變量,在不混淆各路信號數(shù)據(jù)存儲區(qū)的前提下,簡化程序存儲區(qū)大小。

　　對于ADPCM程序,編解碼器的有狀態(tài)變量各占25字,編解碼器都使用的變量占14字。鑒于DP一頁有128字,所以可以考慮前兩路編解碼器變量共用一頁存儲區(qū);后兩路編解碼器變量共用一頁存儲區(qū)。這樣,2路編解碼器的存儲量有25×2×2+14=114字128字,可以存儲在同一頁上。

　　為了區(qū)分同一頁上的2路變量以及同一路的編解碼器變量,它們的名稱應(yīng)有不同。因此,編解碼的程序模塊各需要2個版本,即總的程序存儲量=單路程序量×2。

　　②對CVSD和ADPCM算法,由于輸入輸出信號不分幀(逐樣點處理),而碼流格式又取得了一致,所以可以共享輸入輸出存儲單元。

　　(4)代碼的優(yōu)化^[3]

　　TMS320C54xx提供了強(qiáng)大的硬件結(jié)構(gòu)和指令體系以支持基本的數(shù)據(jù)處理操作。對匯編語言,充分挖掘指令集的潛力,能大幅度降低程序的復(fù)雜度,提高運行速度。如:使用乘累加指令MAC、MAS等,在一個時鐘周期內(nèi)實現(xiàn)1次乘法和1次加(減)法;使用DELAY指令,在一個周期內(nèi)實現(xiàn)變量更新,簡化了濾波器的實現(xiàn);使用循環(huán)尋址,對FIR和IIR濾波器只要在主程序中設(shè)置一次基地址,降低了開銷;使用RPT+MVDD指令,進(jìn)行塊搬移,減少頻繁內(nèi)存讀寫的開銷;使用雙字運算指令DADD、DADSUB等指令對32位的變量進(jìn)行操作;使用EXP+NORM指令快速計算定點數(shù)的指數(shù)和尾數(shù);使用RPT+DSUBT指令高效實現(xiàn)定點數(shù)除法;使用RPT+FIRS指令高效實現(xiàn)FIR濾波計算。

4 實現(xiàn)結(jié)果

　　各算法的復(fù)雜度和存儲量如表4所示,實現(xiàn)所用資源。

　　因此,一片VC5409上的硬件資源可以滿足算法要求。實際系統(tǒng)的各算法性能也通過了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)測試。