基于TMS320C5416的G.729语音编解码算法的优化和实现

文章摘要： www.88dzw.com 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

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    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。

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2.2 进行C语言优化
    基于G.729标准的声码器最终在定点TMS320C5416上实时实现。在定点TMS320C5416内，浮点数是通过将小数点固定在特定位置来表示的，这是定点TMS320C5416的局限之一。为了区分小数的不同值域，使用了Q-格式。不同的Q-格式在于小数点的位置不同，因此整数域也不同。当两个数相乘时，会产生一个特殊的符号位。如：两个Q4数相乘, 需要附加一个左移的操作以去除这个多余的符号位，乘积应该是一个Q9格式的。如果DSP中的FRST位被置位，这个去除多余符号位的移位操作能够自动完成。对于16位数的乘法运算，应该得到32 位的乘积。但是，由于只需要16位的积，该32位乘积中只有高16位被存储下来，积的低16位被丢弃。为了达到高准确性，在连续的乘法运算过程中（如卷积），应该一直保持32位的计算结果，只对最终的计算结果进行丢弃低16位的截短操作。为了达到更高的准确性，在这一操作过程中会使用到一种双重精度格式, 这种格式仅仅出现在使用单精度不够，而又不必要使用32位精度的时候。两个32位数相乘，只需要32位的乘积，而不是64位，不过注意到TMS320C5416是16位的，所以在双重精度格式中，32位整数分为高位字和低位字。高、低位字中都含有符号位，以进行快乘运算。其格式如下：

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