多制式語音編碼及其DSP實現

在各种通信设备中，实时的语音压缩通常在ｄｓｐ上实现。单一的编码算法，由于码率和算法固定，系统的灵活性较差。越来越多的通信服务要求能实现多种、多路编码算法，提供一定范围内的编码速率和编码算法的多种选择，例如软件无线电、ｉｐ电话、多媒体终端等。 ｇ．７２９ａ是ｉｔｕ制定的一种高质量的中速率语音编码标准，编码速率为８ｋｂｐｓ,目前已在许多通信系统中得到了应用。１６／３２ｋｂｐｓ的ｃｖｓｄ是一种抗信道误码非常好的语音编码算法，在军事通信、宇航通信中得到了广泛的应用。３２ｋｂｐｓ的ａｄｐｃｍ是一种算法较简单的波形编码，具有很好的话音质量和抗噪性能，在卫星通信、数字话路倍增系统中得到了广泛应用。综合了这三种算法的编码系统，在８ｋｂｐｓ～３２ｋｂｐｓ码率具有较高的灵活性。 由于语音压缩的运算量、存储量和精度要求都不太高，在考虑价格因素的基础上，定点ｄｓｐ足以胜任语音编解码的要求。本文采用了ｔｉ公司的ｔｍｓ３２０ｖｃ５４０９定点ｄｓｐ实现了上述三种语音编解码算法。算法ｄｓｐ的实现通过了有关测试。其中ｇ．７２９ａ和ａｄｐｃｍ采用ｉｔｕｔ有关建议提供的测试序列进行了测试，ｃｖｓｄ按照我国有关标准进行了测试。本文对以上三种语音编码和ｔｍｓ３２０ｖｃ５４０９做简单介绍后，对算法的软件和硬件实现进行介绍，并给出算法所需运算量以及所占用的硬件资源。 １ ｄｓｐ芯片和语音编码算法?(１)ｔｍｓ３２０ｖｃ５４０９简介ｔｍｓ３２０ｖｃ５４０９tms320vc5409是ｔｉ公司生产的一种性价比较高的定点ｄｓｐ芯片，运算速度为８０ｍｉｐｓ／１００ｍｉｐｓ。它拥有改进的哈佛结构、一个ｃｐｕ、片上存储区(３２ｋｂ的ｒｏｍ和６４ｋｂ的ｄａｒａｍ）、片上外设以及专用的指令结构。它具有以下主要优点：１条程序总线和３条数据总线。配合存储区的双操作数读取能力，可以支持单周期，三操作数指令，提高了程序的运行效率和通用性； 先进的针对应用设计的ｃｐｕ硬件逻辑提高了芯片的性能； 高度专用的指令结构提供了更快的算法实现和更方便的优化； 片上外设包括３个ｍｃｂｓｐ(多通道缓冲串口）、一个６通道的ｄｍａ控制器、８ｂｉｔ ｈｐｉ口及锁相环时钟发生器； 模块化结构方便了快速的后续发展；? 先进的ｉｃ处理技术实现了高性能和低功耗，５ｖ静态ｃｍｏｓ技术进一步降低了功耗。
(２)ｇ．７２９ａ算法ｇ．７２９是ｉｔｕ在８ｋｂｐｓ速率上的标准，采用"共轭结构代数码本激励线性预测编码方?quot;(ｃ－ａｓｃｅｌｐ）算法。这种算法综合了波形编码和参数编码的优点，以线性预测编码技术为基础，采用了矢量量化、分析合成和感觉加权等技术。ｇ．７２９ａ只在ｇ．７２９的基础上减少了一些运算量，保持了兼容性，质量也基本没有下降。? (３)３２ｋｂｐｓ ａｄｐｃｍ算法ｇ７２６是ｉｔｕ制定的自适应差分脉冲编码算法标准，有４种速率。在此项目中，使用３２ｋｂｐｓ的速率。ａｄｐｃｍ算法是一种波形编码，它在ｐｃｍ编码的基础上引入了预测和差分的概念，仅对实际值与预测值之间的差值进行编码。在编码过程中，用过去样点的值对当前样点进行预测，并自适应地调整预测系数，使预测误差很小，从而在降低码率的同时，保持了很高的编码质量。?(４)ｃｖｓｄ(３２ｋｂｐｓ／１６ｋｂｐｓ）算法连续可变斜率增量调制，是一种１ｂｉｔ的差分波形编码方式。自适应的量阶随信号统计特性的变化而变化?在信号很大动态范围内?可获得最大信噪比。并且易于实现?电路结构简单。主要技术：三连０／三连１检测，即若检测到码流中有三连０或三连１，则表示信号在骤升或骤降，调整量阶以适应信号变化。２ 硬件系统(１)硬件板介绍在发端，模拟信号通过前端处理电路和ａ／ｄ采样，转换成８ｂｉｔ ａ－ｌａｗ ｐｃｍ信号。对数ｐｃｍ信号在ｔｍｓ３２０ｖｃ５４０９中转成线性码，并进行压缩编码。输出的ｇ．７２９ａ／ａｄｐｃｍ／ｃｖｓｄ码流在信道上传输。接收端接收到的压缩码流在ｄｓｐ中被解码成对数ｐｃｍ信号，再经过ｄ／ａ变换和用户电路，最终得到模拟话音。其中ｃｐｌｄ用来产生８ｋｈｚ的帧同步信号，使各硬件芯片之间协同工作。ａ／ｄ、ｄ／ａ部分采用单片ｍｃ１４５５７mc14557芯片。单路信号的硬件系统框图如图１所示。(２)算法的硬件选择程序定义了两个标志变量ｆｌａｇ１、ｆｌａｇ２。利用ｖｃ５４０９提供的可屏蔽中断ｉｎｔ０～ｉｎｔ３，在中断