基于DSP技术的多路语音实时采集与压缩处理系统

1．5通过IDMA端口装载程序
　　
ADSP2181通过两种机制在上电、复位后自动装载DSP程序。两种机制由MMAP和BMODE两个引脚的电平控制。当MMAP＝0，BMODE＝1时，ADSP2181自动在系统复位时，通过IDMA端口由主机加载DSP程序。主机首先必须装载除程序的第一条指令外其它程序和数据到DSP的片内程序存储器，最后才写入对应程序RAM第一个单元的第一条指令。一当程序存储器的0地址被写入程序代码后，DSP立即从地址0开始执行程序。

2　8路语音信号的数据采集
　　
8路语音数字信号通过一2．048 Mb／s的同步串行数据总线传输到DSP。其中每个通道的数据是64 Kbps，每个通道占用2．048 Mb／s的同步串行数据总线的32个时隙中的一个，因此，共占用8个时隙。DSP通过对时隙分配电路的控制给8个通道各分配一个时隙。这样，8个通道的每个通道的数据都在由DSP指定的时隙中传输。

DSP的串口0是一个可编程的最大数据传输速率能达到4．096 Mb／s的同步串行口。DSP串口0的操作在接收到一个WORD或发送完一个WORD的数据时，从DSP内部RAM读、写一个WORD的数据需要占用DSP的一个机器周期（33 ns），在接收和发送过程中不占用DSP的处理时间。由此可见，DSP的串口0具有很强的数据采集与控制能力。

利用串口0的较强的数据采集与控制能力，很容易实现通过2．048 Mb／s的同步串行数据总线对8通道语音数字信号的采集与控制。首先，编程DSP的串口0的同步时钟信号及帧同步信号分别为2 048 kHz和8 kHz，这两个信号控制CODEC的A／D转换速率和位传送速率，同时同步时钟信号还可供CODEC的A／D转换的时钟。再者，编程DSP的串口0工作于多通道模式，打开32个时隙中对应的8通道的时隙接收，使对应的每通道字（WORD）长为8位，选择A－Law压／扩，并打开自动缓冲功能并设置自动缓冲指针。当如上对串口0初始化并打开串口0的接收中断后，串口0将接收到的8 WORD的按A－Law解压的数据存放在自动缓冲指针指向的长度为8的缓冲区中，自动缓冲指针自动回位，同时产生一个硬件接收中断。

3　多路语音实时压缩处理

3．1　压缩算法
　　
考虑到压缩率的要求和实时的要求，在本系统中采用13 Kb／sRPE－LTP－LP编解码算法［GSM］，该算法的特点是在模型编码算法中较为简单，语音质量高达到了通信等级，同时具有较高的压缩率。该算法的编码算法包括以下几个主要部分：

3．1．1　预处理部分
　　
去除原始语音信号S0（n）中的直流分量得到S0f（n），再通过一阶的FIR滤波器进行高频预加重，得到信号S（n）。

3．1．2　LPC分析
　　
按每160个样本点将信号S（n）进行分帧，对每帧数据计算出8个LPC反射系数γ（i），i＝0，1，2，…，7；再转换成对数面积比参数LAR（i），i＝1，2…7；并对所得的LAR（i）进行量化编码得到LARC。

3．1．3　短时分析滤波
　　
短时分析滤波是一个8级格型滤波器，通过短时分析滤波，得到线性预测（LP）余量d（n）。

3．1．4　长时预测
　　
利用长时预测综合对LP短时余量信号d（n）处理以进一步的去除冗余度。长时预测是按子帧进行处理的，每一帧分成4个子帧。
3．1．5　规则脉冲编码
　　
对经过短时、长时预测后得到的LP余量信号，进行加权滤波、规则脉冲提取和量化编码。

在本系统的DSP上该算法实时实现性能如下：
·码流速率13 Kb／s
·编码运算量　3 MIPS
·解码运算量　0．7 MIPS
·程序量　2 KWORD　　
·占用数据RAM 1 KWORD

3．2　多路语音实时压缩处理的软件实现
　　
由于实时实现13 Kb／sRPE－LTP－LP编码算法只占用了DSP的3MIPS的运算量，而解码运算量为0．7 MIPS故在本系统的具有33 MIPS的运算速度的DSP上，可软件实时实现多达10通道的13Kb／sRPE－LTP－LP编码算法和1通道的解码算法。同时，还有2MIPS的运算速度用于系统控制与管理。根据本系统的要求，已成功实现了8通道的13Kb／sRPE－LTP－LP编码算法和1通道的解码算法。因此，本系统的DSP在完成要求的多路语音采集与压缩处理任务的条件下，还有一定的处理能力用于系统其它的扩展处理上。本系统的多路语音实时压缩处理的系统软件框图如图2所示。  


　
由图2可以看出，软件设计主要包括4大部分：

·命令解释与控制模块
·13 Kb／sRPE－LTP－LP编解码模块
·多通道语音编解码控制模块　　
·接口功能模块

3．2．1　命令解释与控制模块
　　
命令解释与控制模块主要是用于解释由PC机通过IDMA口发来的各种命令，如发送或接收编解码数据、设置PC机与DSP的数据传输数据量的大小、查询编解码状态以及启动，停止编解码操作等。该模块不直接与PC机打交道，而是通过接口功能模块，间接实现与主CPU的数据信息交换。