基于DSP的G.729语音编解码算法的优化和实现

2.3 内联指令的应用和C程序中嵌入汇编语句

由于语音编码的特点，编解码函数都是由一些基本的加减乘除简单函数组织而成，这些函数定义在BASIC OP.C和OPER_32B.C两个文件中，如果能够对这些简单函数进行内联指令(intrinsic)的优化，就能达到事半功倍的效果。内联指令是汇编指令的直接映射，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程序中嵌入汇编语句的方法比较简单，只需在汇编语句的左右加上一个引号，然后用小括弧将汇编语句括住，并在括弧前加上ASM标识符，例如ASM(“汇编语句”)。采用这种方法一方面可以在C程序中实现用C语言无法实现的一些硬件控制功能，如修改中断控制寄存器、中断使能或屏蔽、读取状态寄存器和中断标志寄存器等；另一方面，也可以用这种方法在C程序中的关键部分用汇编语句代替C语言以优化程序。而采用这种方法的缺点是比较容易破坏C环境，因为C编译器在编译嵌入了汇编语句的C程序时并不检查或分析所嵌入的汇编语句。采用这种方法需要注意以下几点：

(1)不要破坏C环境，因为C编译器并不检查和分析嵌入的汇编语句。

(2)汇编语句不要改变C程序中变量的值，不要在汇编语句中加入汇编器而改变汇编环境。

在简化算法的基础上，使用CCS提供的C优化器进行C语言优化，同时还使用内联函数和汇编优化。

3 G.729在TMS320C5416上的实现

3.1 TMS320C5416的体系结构和应用

TMS320C5416(以下简称C5416)是TI公司最近推出的一款高性价比的通用l6位定点DSP芯片，它的内核CPU基本组成与TMS320C54X系列一样。C5416的单指令周期为6．25 RS，每秒执行的指令数为160×106，指令系统丰富并具有很多多功能指令，使用了6级指令流水线结构，这些都很适合实现低时延的G．729声码器。采用一个40bit ALU、128K×16bit片内RAM(包括64KB的片内DARAM和64KB的片内SARAM)、3个独立的l6bit数据内存总线、1个程序内存总线、3个MCBSP、6信道DMA控制器、1个8／l6位并行增强主机端口接口及2个l6bit计时器。

在TMS320C5416中通过PCM3002进行语音信号的A/D和D/A转换，PCM3002使用两个串行通道，一个用于控制内部寄存器，另外一个用于数据传输。在系统板TMS320C5416中默认的语音信号的抽样率是48kHz，通过修改PCM3002的内部控制寄存器，设定PCM3002信号的抽样率。为了满足G.729编码的要求，PCM3002信号的抽样率为8 000Hz。为了充分利用DSP进行信号处理，通过使用MCBSP和DMA把抽样的数据送入DMA的缓冲区中，当缓冲区满时产生一次中断，DSP把DMA的缓冲区中的数据读入DSP中进行处理，然后把处理过的数据送入DMA发送缓冲区。

3.2 G.729在TMS320C5416的实现

G.729的处理过程中采用块处理技术如图3所示。按照G.729标准，每块(帧)由80个样本组成，最初80个样本被存起来，处理过程中有两个操作是同时进行的。在处理块L中数据的同时，存储L+1块的数据。



在G.729软件仿真时发现运算量较大的部分是LSP系数的矢量量化与激励码本(自适应码本和固定码本)的搜索，这两个部分的运算量大约占全部编解码运算量的60%以上。所以在优化过程中，着重对固定码本Acelp_Code_A()、分数基音分析pitch_fr3()、开环基音分析pitch_ol_fast()、增益量化Qua_gain()等占据绝大多数运算量的函数进行了优化；仅仅简化算法不能满足实时要求，还使用了CCS提供的C优化器进行C语言优化，同时还可以使用内联函数和汇编语句。经过以上处理后，输出的信号满足通信要求。通过分析优化前后这些主要模块的速度对照表（如表1所示），可以看出各个主要模块的优化效果是比较明显的。一帧语音信号经过处理前后幅频图(如图4所示)，可以看出语音信号经过处理后保持良好的语音质量。





系统运行主要分为四个过程：语音存储，数据编码压缩，数据解压缩，语音回放。将输入的语音数据首先进行抗叠滤波，然后进行模数转换，经DSP采集并存入RAM存储器中，即是语音存储过程；接着运行编码程序，将前面存储的信息进行压缩并存储，这是编码过程；然后进行解码，并将数据存回原来的位置；最后DSP执行输出指令，将解码后的数据送到数模转换器中，实现模拟输出。

用C5416最终实时实现了G．729声码器，用该声码器分别实时播放纯语音文件、语音加背景音乐文件。对重建语音质量的主观测试结果表明，恢复语音保留了很好的说话人特征，合成语音的清晰度和自然度均较好。该声码器性能测试数据如下：编解码一帧平均时钟周期数为1 010 350，CPU时钟频率为160MHz，所以编解码一帧需要7.31ms时间；程序RAM容量为9.381KB；数据和常数RAM容量为7.146KB。以上数据表明，G．729编解码器在C5416上实时实现的技术，可以很好地应用在电话会议、多媒体通信以及采用宽带语音编码的通信系统中。