基于DSP的G.729語(yǔ)音編解碼算法的優(yōu)化和實(shí)現

2.3 內聯(lián)指令的應用和C程序中嵌入匯編語(yǔ)句

　　由于語(yǔ)音編碼的特點(diǎn)，編解碼函數都是由一些基本的加減乘除簡(jiǎn)單函數組織而成，這些函數定義在BASIC OP.C和OPER_32B.C兩個(gè)文件中，如果能夠對這些簡(jiǎn)單函數進(jìn)行內聯(lián)指令(intrinsic)的優(yōu)化，就能達到事半功倍的效果。內聯(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程序中嵌入匯編語(yǔ)句的方法比較簡(jiǎn)單，只需在匯編語(yǔ)句的左右加上一個(gè)引號，然后用小括弧將匯編語(yǔ)句括住，并在括弧前加上ASM標識符，例如ASM(“匯編語(yǔ)句”)。采用這種方法一方面可以在C程序中實(shí)現用C語(yǔ)言無(wú)法實(shí)現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(yǔ)句代替C語(yǔ)言以?xún)?yōu)化程序。而采用這種方法的缺點(diǎn)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(yǔ)句的C程序時(shí)并不檢查或分析所嵌入的匯編語(yǔ)句。采用這種方法需要注意以下幾點(diǎn)：

　　(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(yǔ)句。

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

　　 在簡(jiǎn)化算法的基礎上，使用CCS提供的C優(yōu)化器進(jìn)行C語(yǔ)言?xún)?yōu)化，同時(shí)還使用內聯(lián)函數和匯編優(yōu)化。

　　3 G.729在TMS320C5416上的實(shí)現

　　3.1 TMS320C5416的體系結構和應用

　　 TMS320C5416(以下簡(jiǎn)稱(chēng)C5416)是TI公司最近推出的一款高性?xún)r(jià)比的通用l6位定點(diǎn)DSP芯片，它的內核CPU基本組成與TMS320C54X系列一樣。C5416的單指令周期為6．25 RS，每秒執行的指令數為160×106，指令系統豐富并具有很多多功能指令，使用了6級指令流水線(xiàn)結構，這些都很適合實(shí)現低時(shí)延的G．729聲碼器。采用一個(gè)40bit ALU、128K×16bit片內RAM(包括64KB的片內DARAM和64KB的片內SARAM)、3個(gè)獨立的l6bit數據內存總線(xiàn)、1個(gè)程序內存總線(xiàn)、3個(gè)MCBSP、6信道DMA控制器、1個(gè)8／l6位并行增強主機端口接口及2個(gè)l6bit計時(shí)器。

在TMS320C5416中通過(guò)PCM3002進(jìn)行語(yǔ)音信號的A/D和D/A轉換，PCM3002使用兩個(gè)串行通道，一個(gè)用于控制內部寄存器，另外一個(gè)用于數據傳輸。在系統板TMS320C5416中默認的語(yǔ)音信號的抽樣率是48kHz，通過(guò)修改PCM3002的內部控制寄存器，設定PCM3002信號的抽樣率。為了滿(mǎn)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(jìn)行信號處理，通過(guò)使用MCBSP和DMA把抽樣的數據送入DMA的緩沖區中，當緩沖區滿(mǎn)時(shí)產(chǎn)生一次中斷，DSP把DMA的緩沖區中的數據讀入DSP中進(jìn)行處理，然后把處理過(guò)的數據送入DMA發(fā)送緩沖區。

　　3.2 G.729在TMS320C5416的實(shí)現

　　G.729的處理過(guò)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(gè)樣本組成，最初80個(gè)樣本被存起來(lái)，處理過(guò)程中有兩個(gè)操作是同時(shí)進(jìn)行的。在處理塊L中數據的同時(shí)，存儲L+1塊的數據。

　　在G.729軟件仿真時(shí)發(fā)現運算量較大的部分是LSP系數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(gè)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(guò)程中，著(zhù)重對固定碼本Acelp_Code_A()、分數基音分析pitch_fr3()、開(kāi)環(huán)基音分析pitch_ol_fast()、增益量化Qua_gain()等占據絕大多數運算量的函數進(jìn)行了優(yōu)化；僅僅簡(jiǎn)化算法不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求，還使用了CCS提供的C優(yōu)化器進(jìn)行C語(yǔ)言?xún)?yōu)化，同時(shí)還可以使用內聯(lián)函數和匯編語(yǔ)句。經(jīng)過(guò)以上處理后，輸出的信號滿(mǎn)足通信要求。通過(guò)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(gè)主要模塊的優(yōu)化效果是比較明顯的。一幀語(yǔ)音信號經(jīng)過(guò)處理前后幅頻圖(如圖4所示)，可以看出語(yǔ)音信號經(jīng)過(guò)處理后保持良好的語(yǔ)音質(zhì)量。

　　系統運行主要分為四個(gè)過(guò)程：語(yǔ)音存儲，數據編碼壓縮，數據解壓縮，語(yǔ)音回放。將輸入的語(yǔ)音數據首先進(jìn)行抗疊濾波，然后進(jìn)行模數轉換，經(jīng)DSP采集并存入RAM存儲器中，即是語(yǔ)音存儲過(guò)程；接著(zhù)運行編碼程序，將前面存儲的信息進(jìn)行壓縮并存儲，這是編碼過(guò)程；然后進(jìn)行解碼，并將數據存回原來(lái)的位置；最后DSP執行輸出指令，將解碼后的數據送到數模轉換器中，實(shí)現模擬輸出。

　　用C5416最終實(shí)時(shí)實(shí)現了G．729聲碼器，用該聲碼器分別實(shí)時(shí)播放純語(yǔ)音文件、語(yǔ)音加背景音樂(lè )文件。對重建語(yǔ)音質(zhì)量的主觀(guān)測試結果表明，恢復語(yǔ)音保留了很好的說(shuō)話(huà)人特征，合成語(yǔ)音的清晰度和自然度均較好。該聲碼器性能測試數據如下：編解碼一幀平均時(shí)鐘周期數為1 010 350，CPU時(shí)鐘頻率為160MHz，所以編解碼一幀需要7.31ms時(shí)間；程序RAM容量為9.381KB；數據和常數RAM容量為7.146KB。以上數據表明，G．729編解碼器在C5416上實(shí)時(shí)實(shí)現的技術(shù)，可以很好地應用在電話(huà)會(huì )議、多媒體通信以及采用寬帶語(yǔ)音編碼的通信系統中。