基于DSP的TETRA話(huà)音編碼設計

1　引　言
　　
TETRA是ETSI制定的一種全新的數字集群系統，他可以提供語(yǔ)音和快速數據傳輸業(yè)務(wù)。TETRA集成了移動(dòng)數據終端、PMR調度電話(huà)、蜂窩電話(huà)和尋呼機的功能，并且可以直接傳送Internet協(xié)議報文，支持可視電話(huà)功能，而語(yǔ)音又是最主要的業(yè)務(wù)。無(wú)線(xiàn)系統中，帶寬是影響語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量最關(guān)鍵的因素，為降低語(yǔ)音傳輸所要求的帶寬，TETRA系統采用代數碼激勵線(xiàn)性預測編碼（ACELP）壓縮算法，保證了高質(zhì)量的語(yǔ)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CELP的主要優(yōu)點(diǎn)，并克服了其缺點(diǎn)。傳統CELP用固定的隨機碼本來(lái)逼近語(yǔ)音信號的余量信號，缺乏靈活性，不能很好地控制碼本的頻域特性。ACELP采用代數碼本結構，不僅降低了碼本的存儲量和搜索量，還提供了頻域控制函數，從而增強了碼字的靈活性和多樣性，能更好地逼近余量信號，具體算法可參見(jiàn)TETRA標準ETS395-2。

2　系統設計
　　
針對TETRA的話(huà)音編碼算法實(shí)時(shí)要求高，運算量 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，處理能力可達到100 MI／s；低功耗，3 V電壓供電，內核電壓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轉換芯片采用TI公司的AIC20芯片，完成模擬話(huà)音與數字話(huà)音的轉換工作。由于采用了過(guò)采樣技術(shù)，AIC20可提供高分辨率的A／D，D／A 轉換；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(xiě)軟件就可滿(mǎn)足多種需求。

存儲芯片選用Atmel公司的AT49LV001，用于存儲程序，DSP加電便可從Flash中引導程序運行。AT49LV001讀寫(xiě)電壓均為3 V，可大大簡(jiǎn)化電源設計，存儲空間為128 kB，足以存儲TETRA的話(huà)音編碼算法。

2．1　硬件設計

2．1．1　時(shí)鐘電路設計
　　
這里為5409提供2種時(shí)鐘電路設計方法：

（1）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。
（2）利用5409內部提供的鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘產(chǎn)生電路將內部時(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(guò)上拉電阻設置為邏輯0，1，0，即倍頻數為5，DSP工作在80 MHz，若需改變DSP的工作頻率，可通過(guò)軟件修改地址0x58的CLKMD寄存器的值設置倍頻數。 　　

2．1．2　DSP與Codec接口設計
　　
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A(yíng)IC20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)送數據。McBsp中的部分控制比特位配置如下：

當AIC20工作在主模式時(shí)，FS＝MCLK／（16×P×N×M），通過(guò)設置控制寄存器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與存儲器接口設計

AT49LV001存儲器內部以扇區組織，在對其編程前，必須對相應區域擦除。使用時(shí)可根據需要選擇扇區擦除或芯片擦除。圖3為5409與 AT49LV001的接口示意圖，AT49LV001的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)分別接至5409的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)，5409的地址總線(xiàn)A22～A18懸空，數據總線(xiàn)D15～D8懸空。DS作為使能信號，XF則控制編程狀態(tài)。應當注意，AT49LV001為8 b存儲器，DSP為16 b處理器，所以每存儲一條DSP指令需2個(gè)存儲單元，且高字節在前。
　　

2．2　軟件設計

2．2．1　初始化程序
　　
完成DSP的初始化工作，包括設置SWWSR，PMST等寄存器的值；根據需要設置CLKMD寄存器改變倍頻數；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腳接收采樣數據，放入接收緩沖區MicIn，當接收到30 ms的數據（算法要求），啟動(dòng)編碼標志SpeechFlag。當解碼程序從Acelp碼流中解出話(huà)音后，放入發(fā)送緩沖區Sout中，然后通過(guò)串口發(fā)送中斷發(fā)至Codec。MicIn和Sout均為雙緩沖區。

2．2．3　算法設計
　　
編碼程序每30 ms執行一次，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(huà)音通過(guò)音箱放出。在硬件平臺上做自環(huán)實(shí)驗，下面給出部分C代碼。

3　結　語(yǔ)

本文從軟件設計和硬件設計兩方面介紹了在TMS320VC5409芯片上實(shí)現TETRA話(huà)音編碼算法的具體步驟。通過(guò)標準P．862對算法評測，平均MOS得分為3．474。同時(shí)，在做抗噪實(shí)驗時(shí)，本算法在10－2誤碼率下，仍能保持良好的通信質(zhì)量。