基于DSP的G.729語音編解碼算法的優(yōu)化和實現(xiàn)

2.3 內(nèi)聯(lián)指令的應用和C程序中嵌入?yún)R編語句

　　由于語音編碼的特點，編解碼函數(shù)都是由一些基本的加減乘除簡單函數(shù)組織而成，這些函數(shù)定義在BASIC OP.C和OPER_32B.C兩個文件中，如果能夠?qū)@些簡單函數(shù)進行內(nèi)聯(lián)指令(intrinsic)的優(yōu)化，就能達到事半功倍的效果。內(nèi)聯(lián)指令是匯編指令的直接映射，具有很高的效率。例如：

　　 #define muh_ r(varl，var2)　　　　　_mpylir(varl，var2)

　　 #define L_ add(L_var1，L_var2)　　　 _sadd(L_var1，L_var2)

　　 #define L_ muh(var1，var2)　　　　　 _smpy(var1，var2)

　　 在C程序中嵌入?yún)R編語句的方法比較簡單，只需在匯編語句的左右加上一個引號，然后用小括弧將匯編語句括住，并在括弧前加上ASM標識符，例如ASM(“匯編語句”)。采用這種方法一方面可以在C程序中實現(xiàn)用C語言無法實現(xiàn)的一些硬件控制功能，如修改中斷控制寄存器、中斷使能或屏蔽、讀取狀態(tài)寄存器和中斷標志寄存器等；另一方面，也可以用這種方法在C程序中的關(guān)鍵部分用匯編語句代替C語言以優(yōu)化程序。而采用這種方法的缺點是比較容易破壞C環(huán)境，因為C編譯器在編譯嵌入了匯編語句的C程序時并不檢查或分析所嵌入的匯編語句。采用這種方法需要注意以下幾點：

　　(1)不要破壞C環(huán)境，因為C編譯器并不檢查和分析嵌入的匯編語句。

　　 (2)匯編語句不要改變C程序中變量的值，不要在匯編語句中加入?yún)R編器而改變匯編環(huán)境。

　　 在簡化算法的基礎(chǔ)上，使用CCS提供的C優(yōu)化器進行C語言優(yōu)化，同時還使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)和匯編優(yōu)化。

　　3 G.729在TMS320C5416上的實現(xiàn)

　　3.1 TMS320C5416的體系結(jié)構(gòu)和應用

　　 TMS320C5416(以下簡稱C5416)是TI公司最近推出的一款高性價比的通用l6位定點DSP芯片，它的內(nèi)核CPU基本組成與TMS320C54X系列一樣。C5416的單指令周期為6．25 RS，每秒執(zhí)行的指令數(shù)為160×106，指令系統(tǒng)豐富并具有很多多功能指令，使用了6級指令流水線結(jié)構(gòu)，這些都很適合實現(xiàn)低時延的G．729聲碼器。采用一個40bit ALU、128K×16bit片內(nèi)RAM(包括64KB的片內(nèi)DARAM和64KB的片內(nèi)SARAM)、3個獨立的l6bit數(shù)據(jù)內(nèi)存總線、1個程序內(nèi)存總線、3個MCBSP、6信道DMA控制器、1個8／l6位并行增強主機端口接口及2個l6bit計時器。

在TMS320C5416中通過PCM3002進行語音信號的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，PCM3002使用兩個串行通道，一個用于控制內(nèi)部寄存器，另外一個用于數(shù)據(jù)傳輸。在系統(tǒng)板TMS320C5416中默認的語音信號的抽樣率是48kHz，通過修改PCM3002的內(nèi)部控制寄存器，設(shè)定PCM3002信號的抽樣率。為了滿足G.729編碼的要求，PCM3002信號的抽樣率為8 000Hz。為了充分利用DSP進行信號處理，通過使用MCBSP和DMA把抽樣的數(shù)據(jù)送入DMA的緩沖區(qū)中，當緩沖區(qū)滿時產(chǎn)生一次中斷，DSP把DMA的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀入DSP中進行處理，然后把處理過的數(shù)據(jù)送入DMA發(fā)送緩沖區(qū)。

　　3.2 G.729在TMS320C5416的實現(xiàn)

　　G.729的處理過程中采用塊處理技術(shù)如圖3所示。按照G.729標準，每塊(幀)由80個樣本組成，最初80個樣本被存起來，處理過程中有兩個操作是同時進行的。在處理塊L中數(shù)據(jù)的同時，存儲L+1塊的數(shù)據(jù)。

　　在G.729軟件仿真時發(fā)現(xiàn)運算量較大的部分是LSP系數(shù)的矢量量化與激勵碼本(自適應碼本和固定碼本)的搜索，這兩個部分的運算量大約占全部編解碼運算量的60%以上。所以在優(yōu)化過程中，著重對固定碼本Acelp_Code_A()、分數(shù)基音分析pitch_fr3()、開環(huán)基音分析pitch_ol_fast()、增益量化Qua_gain()等占據(jù)絕大多數(shù)運算量的函數(shù)進行了優(yōu)化；僅僅簡化算法不能滿足實時要求，還使用了CCS提供的C優(yōu)化器進行C語言優(yōu)化，同時還可以使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)和匯編語句。經(jīng)過以上處理后，輸出的信號滿足通信要求。通過分析優(yōu)化前后這些主要模塊的速度對照表（如表1所示），可以看出各個主要模塊的優(yōu)化效果是比較明顯的。一幀語音信號經(jīng)過處理前后幅頻圖(如圖4所示)，可以看出語音信號經(jīng)過處理后保持良好的語音質(zhì)量。

　　系統(tǒng)運行主要分為四個過程：語音存儲，數(shù)據(jù)編碼壓縮，數(shù)據(jù)解壓縮，語音回放。將輸入的語音數(shù)據(jù)首先進行抗疊濾波，然后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)DSP采集并存入RAM存儲器中，即是語音存儲過程；接著運行編碼程序，將前面存儲的信息進行壓縮并存儲，這是編碼過程；然后進行解碼，并將數(shù)據(jù)存回原來的位置；最后DSP執(zhí)行輸出指令，將解碼后的數(shù)據(jù)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，實現(xiàn)模擬輸出。

　　用C5416最終實時實現(xiàn)了G．729聲碼器，用該聲碼器分別實時播放純語音文件、語音加背景音樂文件。對重建語音質(zhì)量的主觀測試結(jié)果表明，恢復語音保留了很好的說話人特征，合成語音的清晰度和自然度均較好。該聲碼器性能測試數(shù)據(jù)如下：編解碼一幀平均時鐘周期數(shù)為1 010 350，CPU時鐘頻率為160MHz，所以編解碼一幀需要7.31ms時間；程序RAM容量為9.381KB；數(shù)據(jù)和常數(shù)RAM容量為7.146KB。以上數(shù)據(jù)表明，G．729編解碼器在C5416上實時實現(xiàn)的技術(shù)，可以很好地應用在電話會議、多媒體通信以及采用寬帶語音編碼的通信系統(tǒng)中。