基于DSP的TETRA話音編碼設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1　引　言
　　TETRA是ETSI制定的一種全新的數(shù)字集群系統(tǒng)，他可以提供語音和快速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。TETRA集成了移動(dòng)數(shù)據(jù)終端、PMR調(diào)度電話、蜂窩電話和尋呼機(jī)的功能，并且可以直接傳送Internet協(xié)議報(bào)文，支持可視電話功能，而語音又是最主要的業(yè)務(wù)。無線系統(tǒng)中，帶寬是影響語音服務(wù)質(zhì)量最關(guān)鍵的因素，為降低語音傳輸所要求的帶寬，TETRA系統(tǒng)采用代數(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼（ACELP）壓縮算法，保證了高質(zhì)量的語音服務(wù)，其編碼速率為4．567 kb／s。

　　ACELP是一種改進(jìn)型的CELP，繼承了傳統(tǒng)CELP的主要優(yōu)點(diǎn)，并克服了其缺點(diǎn)。傳統(tǒng)CELP用固定的隨機(jī)碼本來逼近語音信號(hào)的余量信號(hào)，缺乏靈活性，不能很好地控制碼本的頻域特性。ACELP采用代數(shù)碼本結(jié)構(gòu)，不僅降低了碼本的存儲(chǔ)量和搜索量，還提供了頻域控制函數(shù)，從而增強(qiáng)了碼字的靈活性和多樣性，能更好地逼近余量信號(hào)，具體算法可參見TETRA標(biāo)準(zhǔn)ETS395-2。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　 針對TETRA的話音編碼算法實(shí)時(shí)要求高，運(yùn)算量 大，核心處理器采用了TI公司的TMS320系列的5409芯片，該芯片主要特點(diǎn)有：速度快，處理能力可達(dá)到100 MI／s；低功耗，3 V電壓供電，內(nèi)核電壓1．8 V；提供32 kBRAM，16 kBROM；3個(gè)多通道自動(dòng)緩沖串口（McBsp）。

　　A／D轉(zhuǎn)換芯片采用TI公司的AIC20芯片，完成模擬話音與數(shù)字話音的轉(zhuǎn)換工作。由于采用了過采樣技術(shù)，AIC20可提供高分辨率的A／D，D／A 轉(zhuǎn)換；3 V供電，功耗低于30 mW；具有軟件可編程寄存器，配置方便，不改變硬件電路，僅改寫軟件就可滿足多種需求。

　　存儲(chǔ)芯片選用Atmel公司的AT49LV001，用于存儲(chǔ)程序，DSP加電便可從Flash中引導(dǎo)程序運(yùn)行。AT49LV001讀寫電壓均為3 V，可大大簡化電源設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)空間為128 kB，足以存儲(chǔ)TETRA的話音編碼算法。

2．1　硬件設(shè)計(jì)
2．1．1　時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)
　　 這里為5409提供2種時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)方法：
　?。?）將晶振產(chǎn)生的外部時(shí)鐘源直接輸入到X2／CLKIN引腳，X1懸空。
　?。?）利用5409內(nèi)部提供的鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘產(chǎn)生電路將內(nèi)部時(shí)鐘倍頻或分頻得到。

　　在此采用第二種方法，如圖1所示。在X1和X2/CLKIN之間接一個(gè)16．384 MHz的晶振，同時(shí)將CLKMD1，CLKMD2，CLKMD3通過上拉電阻設(shè)置為邏輯0，1，0，即倍頻數(shù)為5，DSP工作在80 MHz，若需改變DSP的工作頻率，可通過軟件修改地址0x58的CLKMD寄存器的值設(shè)置倍頻數(shù)。

2．1．2　DSP與Codec接口設(shè)計(jì)
　　5409與AIC20接口如圖2所示，由DSP的CLKOUT提供MCLK，Codec工作在主模式，SCLK和FS為輸出，為DSP提供BCLK和 BFS。值得注意的是，由于AIC20有2個(gè)采樣通道，在與DSP串口連接時(shí)，為配合codec的時(shí)序，DSP串口需配置成接收2個(gè)通道的采樣值（即32 b），但只取一個(gè)通道的采樣值；串口發(fā)送時(shí)，也要向2個(gè)通道發(fā)送數(shù)據(jù)。McBsp中的部分控制比特位配置如下：

　　當(dāng)AIC20工作在主模式時(shí)，F(xiàn)S＝MCLK／（16PNM），通過設(shè)置控制寄存器4可改變P，N，M的值。FS＝8 kHz，MCLK＝81．92 MHz，取P＝8，N＝8，M＝10。

2．1．3　DSP與存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)

　　AT49LV001存儲(chǔ)器內(nèi)部以扇區(qū)組織，在對其編程前，必須對相應(yīng)區(qū)域擦除。使用時(shí)可根據(jù)需要選擇扇區(qū)擦除或芯片擦除。圖3為5409與 AT49LV001的接口示意圖，AT49LV001的地址總線和數(shù)據(jù)總線分別接至5409的地址總線和數(shù)據(jù)總線，5409的地址總線A22～A18懸空，數(shù)據(jù)總線D15～D8懸空。DS作為使能信號(hào)，XF則控制編程狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，AT49LV001為8 b存儲(chǔ)器，DSP為16 b處理器，所以每存儲(chǔ)一條DSP指令需2個(gè)存儲(chǔ)單元，且高字節(jié)在前。

2．2　軟件設(shè)計(jì)
2．2．1　初始化程序
　　完成DSP的初始化工作，包括設(shè)置SWWSR，PMST等寄存器的值；根據(jù)需要設(shè)置CLKMD寄存器改變倍頻數(shù)；配置串口。

2．2．2　中斷服務(wù)程序
　　中斷服務(wù)程序主要是串口接收和發(fā)送中斷。接收中斷從Codec的DS腳接收采樣數(shù)據(jù)，放入接收緩沖區(qū)MicIn，當(dāng)接收到30 ms的數(shù)據(jù)（算法要求），啟動(dòng)編碼標(biāo)志SpeechFlag。當(dāng)解碼程序從Acelp碼流中解出話音后，放入發(fā)送緩沖區(qū)Sout中，然后通過串口發(fā)送中斷發(fā)至Codec。MicIn和Sout均為雙緩沖區(qū)。

2．2．3　算法設(shè)計(jì)
　　編碼程序每30 ms執(zhí)行一次，將240個(gè)采樣值編成137 b，傳遞給解碼程序，再將解碼合成的話音通過音箱放出。在硬件平臺(tái)上做自環(huán)實(shí)驗(yàn)，下面給出部分C代碼。


3　結(jié)　語
本文從軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩方面介紹了在TMS320VC5409芯片上實(shí)現(xiàn)TETRA話音編碼算法的具體步驟。通過標(biāo)準(zhǔn)P．862對算法評測，平均MOS得分為3．474。同時(shí)，在做抗噪實(shí)驗(yàn)時(shí)，本算法在10^－2誤碼率下，仍能保持良好的通信質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)