基于DSP的G．729語(yǔ)音編解碼器設計

摘要：設計了基于DSP的G．729語(yǔ)音編解碼器，并針對G．729算法標準源碼代碼效率低、執行時(shí)間長(cháng)的不足，從算法精簡(jiǎn)、代碼優(yōu)化等方面進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的算法在保證了高質(zhì)量語(yǔ)音輸出的同時(shí)，提高了編碼效率，實(shí)現了對語(yǔ)音信號的實(shí)時(shí)處理。最后對系統性能進(jìn)行了測試，結果滿(mǎn)足設計要求。
關(guān)鍵詞：G．729；DSP；語(yǔ)音編碼；算法優(yōu)化

0 引言
語(yǔ)音信號處理是現代通信研究的重要內容之一，語(yǔ)音壓縮編碼作為其關(guān)鍵技術(shù)，如今已得到了極大的發(fā)展。G．729是國際電信聯(lián)盟(ITU)于1996年提出的采用共軛結構代數碼激勵線(xiàn)性預測(CS-ACELP)的語(yǔ)音編碼算法，由于其具有低速率、低延時(shí)、高質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于數字通信系統，如IP電話(huà)、視頻會(huì )議、移動(dòng)通信等。數字信號處理器(DSP)價(jià)格低廉，并具有強大的運算能力，用它來(lái)實(shí)現G．729算法具有很大的現實(shí)意義。近年來(lái)，國內外研究基于DSP的G．729語(yǔ)音編碼算法的學(xué)者很多，但隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信系統用戶(hù)越來(lái)越多，以及DSP在結構、性能上的巨大變化，怎樣使該算法在DSP上最高效的實(shí)現，依然是一個(gè)很重要的課題。
本文首先對G．729算法進(jìn)行了分析，然后結合DSP的特點(diǎn)，分別進(jìn)行了系統的硬件和軟件設計。該系統不但滿(mǎn)足G．729算法要求，還可以作為其他語(yǔ)音編譯碼平臺；在此基礎上，本文針對ITU提供的標準源碼代碼效率低、執行時(shí)間長(cháng)等不足，提出了算法的具體優(yōu)化技術(shù)，并對優(yōu)化結果進(jìn)行了比較分析。結果表明，優(yōu)化后的算法在保證語(yǔ)音質(zhì)量的同時(shí)，提高了編碼效率，實(shí)現了對語(yǔ)音信號的實(shí)時(shí)處理。

1 ITU-T G．729原理分析
ITU-T G．729算法以自適應預測編碼技術(shù)為基礎，采用矢量量化、合成分析和感覺(jué)加權等技術(shù)。其編碼速率達到8 Kb／s，合成語(yǔ)音質(zhì)量不低于32 Kb／sADPCM的水平。
該算法要求輸入信號為8 kHz取樣、16 b線(xiàn)性PCM信號。在編碼器端，每80樣點(diǎn)為一幀(每幀再分為兩個(gè)子幀)，分析并提取語(yǔ)音信號各種參數(LPC濾波器系數、自適應碼書(shū)和固定碼書(shū)的編號、自適應碼字增益和固定碼字增益)，把這些參數進(jìn)行80 b編碼發(fā)送。
在解碼端，把收到的比特流恢復成參數編碼，解碼后得到各個(gè)參數，用自適應碼書(shū)編號從自適應碼書(shū)中得到自適應碼字，用固定碼書(shū)編號從固定碼書(shū)中得到固定碼字，分別乘以它們的增益，按點(diǎn)相加后構成激勵序列。激勵LPC綜合濾波器重構語(yǔ)音(綜合濾波器由LPC系數構成)。重構語(yǔ)音信號在輸出前經(jīng)過(guò)后置處理，包括長(cháng)時(shí)后置濾波、短時(shí)綜合濾波和高通濾波。

2 系統硬件設計
系統硬件結構圖如圖1所示。其中DSP芯片采用TI公司的TMS320VC5416，音頻接口采用16位音頻編解碼芯片TLV320AIC23，SRAM和FLASH分別采用芯片CY7C1041CV33和SST39VF400。此外，系統還配有電源芯片、電壓轉換芯片、CPLD(EPM3128ATC100)等。

系統編碼流程為：由音頻接口芯片TLV320AIC23將模擬信號轉換成8K×16 b／s的數字信號，采樣后的數字信號通過(guò)多通道緩沖串口McB-SP0傳送到DSP的內部緩沖區，當緩沖區內的數據積累到一幀(80×16 b)時(shí)啟動(dòng)編碼程序，編碼完成后將8 Kb／s的壓縮碼流通過(guò)數字接口(Mc-BSP2)輸出至信道。
系統解碼流程為：由McBSP2將信道發(fā)送來(lái)的數字碼流接收至DSP的內部接收緩沖區，然后經(jīng)DSP進(jìn)行解碼處理，解碼后的數字語(yǔ)音通過(guò)Mc-BSP0發(fā)送給TLV320AIC23，經(jīng)過(guò)D／A轉換恢復出原始語(yǔ)音信號。由此，該系統最終實(shí)現了語(yǔ)音的采集、編碼、發(fā)送和接收、解碼、播放的功能。