基于DSP的语音编解码算法G.723.1优化

1 引言

G.723.1是删组织于1996年推出的一种低码率的语音编码算法标准，也是目前该组织颁布的语音压缩标准中码率最低的一种标准。G.723.1主要用于对语音及其它多媒体声音信号的压缩，目前在一些数字音视频传输、高质量语音压缩等系统中都得到广泛应用。

2 G.723.1算法的复杂度分析

将G.723.1移植到TMS320C64xx后，就可借助TI集成开发工具CCS(Code Composer Studio)的Profile功能来评估其各个子程序或函数的执行运算量，从而把程序的优化集中在对程序性能影响最大的代码上去。

通过分析可以看出，在G.723.1的编解码算法中，码本搜索所花费的运算量是比较大的，如Find_Best()，Find_Fcbk()，Find_Acbk()：另外，在LPC分析和LSP参数的计算上也有运算量比较大的，如Comp_Lpc()，Lsp_Qnt()，Lsp_Svq()。

3 代码的优化

代码优化的工作有两大目的：一是执行速度提高，实现实时；二是尽量不扩大程序体积(Code Size)，使之在内存允许的范围内。显然，两者存在一定的矛盾，当今超大规模集成电路的发展使RAM资源不再是系统的瓶颈，因此该部分工作的主要任务是怎样提高执行速度。代码的优化工作主要在CCS环境中进行。优化的原则是要充分考虑C64xx处理器超长指令字、多个运算单元和深度流水线的结构特点，以及避免过多的读写内存指令和程序转移指令，充分发挥其强大的运算能力。具体方法包括(次序有先后)：

3．1基本运算集的优化

G.723.1算法程序是用定点运算完成浮点运算，为了防止定点运算时可能溢出，许多运算需要进行饱和判断，为此程序专门定义了基本运算集，实现诸如饱和加法、饱和乘法、除法和移位等操作。在程序中这些操作调用相当频繁，经CCS的profile工具测试，基本运算函数集的调用占用了95％以上的CPU时间。因此，我们要从基本运算集的优化开始。在熟悉掌握C64xx指令集的前提下，分析基本运算集中各个函数完成的悉掌握C64xx指令集的前提下，分析基本运算集中各个函数完成的功能和对全局变量产生的影响，用C64xx指令取而代之或加以改编。其中包括对跳转和流水线的优化讨论、对乘积的饱和调整和全局变量OveRFlow的相关操作。

由于基本运算集以函数形式存在，两次跳转f函数的调用与返回1必不可少，将引起流水线的两次打断，表现为12个指令周期的占用。将这嵝基本运算函数集改成宏的形式，即将基本运算内嵌(inline)至lJ调用程序中，由此町以消除跳转和流水线打断带来的指令周期占用，提高执行速度。虽然这样做增加了代码长度，多占用了一些内存，但由于基本运算函数体积均较小，再经过一定的代码优化，在程序体积上的牺牲几乎町以忽略。

基本运算的函数定义在BASIC．C文件里面，如果能够对这些简单甬数进行内联指令(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。与此同时带来的一个问题是溢出保护位Overflow的判断，这是基本函数里用来标识溢出的全局变量，它的作用等同于CSR(Control Status Register)寄存器的SAT(Saturation)位，当数据溢出时，SAT位被系统自动设置为1，所以编解码函数里对Overflow的判断可以转化成对SAT位的判断。引用CSR寄存器时需要在最开始的时候声明extem cregister volatile ansigned int CSR。

C64xx指令提供了饱和乘法指令SMPY，实现16"16位的乘法与饱和结果调整，其执行操作如下：

if(cond){
if((src 1*src2<<1)!=0x80000000)
dst=((src 1*src2)<<1)；
else
dst=0x7ffffff；
}
else
nop；

将原指令中的乘法指令改为SMPY．就可以完成乘法和饱和调整两种计算，这样可以省去饱和调整3条指令。与此类似，其它的饱和运算，C64xx都提供了相应的指令实现，将普通运算指令替换为饱和运算指令，饱和结果调整部分的运算均可以省去。

3．2主程序的优化

主程序的优化手段主要采用了以下几种方法：

(1)使用内联函数(intrinsics)

内联函数是可直接映射为C64xx指令的特殊函数，它在指令前加上"_"表示。例如：

#define L_add(L_var1，L_var2) _sadd(L_var1，L_var2)

#define L_mult(var1，vat2) _smpy(var1，var2)

等，基本函数的内联优化需要对原函数的定义和内联指令都比较熟悉。

使用内联函数代替相应的C语句是一种非常简便高效的优化方法。如上面提到的饱和乘法，在C语句中。我们通常要使用两个嵌套的条件判断语句来检查结果是否溢出，而指令int_smpy(int a．int b) 则在完成乘b的运算后，再做一次饱和处理，这样一条DSP指令就可完成C语言中多条语句才能完成的计算，可以节省很多时钟周期。

(2)循环展开(loop-unrolling)

程