高速G．729ab聲碼器設計及其在媒體網關中的應用

在VoIP媒體網關設備中，語音壓縮編碼是其關鍵技術之一。在ITU-T發布的應用于VoIP的語音壓縮編解碼標準中，G．729是應用較為廣泛的一種。G．729采用“共軛結構代數碼本激勵線性預測編碼”(CS-ACELP)算法，算法幀長為lO ms，編碼后速率為8 Kb／s。G．729有兩個附件：附件A給出一種低復雜度的算法，可應用于多媒體同步語音和數據；附件B在標準算法的基礎上增加了靜音檢測壓縮算法以降低平均傳輸率，包括靜音檢測(VAD)和舒適噪音產生(CNG)。文獻對G．729語音壓縮編碼算法的具體原理中有詳盡的描述，本文的論述重點在算法的匯語言優化、聲碼器的DSP硬件接口設計，以及其在媒體網關中的應用。

1 G．729ab編解碼核心算法優化
本文選擇TI公司的TMS320C6203芯片為核心，實現G．729ab聲碼器設計。TMS320C62xx系列DSP的集成開發環境Code Composer Studio(簡稱CCS)支持標準C語言和匯編混合編程的方式編程，為了提高編解碼算法的效率，本文對ITU_T的標準G．729ab的C語言原碼進行匯編指令優化設計。同時，對于上層編解碼器控制函數，采用C語言開發，以提高聲碼器的可維護性。
C62xx采用6級流水線結構，提供了A，B兩組(共32個)通用寄存器，8個功能單元(．L1，．L2，．S1，．S2，．M1，．M2，．D1和．D2)，最多同時可以有8條指令處在不同的執行階段并行。流水線結構是DSP實現高速運算的重要技術。由于不同指令的指令周期不同，需要在多周期指令后插入足夠的NOP(空操作)指令，以避免流水線沖突。
在G．729ab的標準C代碼中，有大量的循環體。循環控制的關鍵跳轉指令B，需要等待5個指令周期，大量的NOP操作將降低代碼的效率。為了提高循環效率，可以合理安排指令順序，在一個匯編循環體內完成多個C循環的運算的流水線操作。用匯編指令實現如下簡單的for循環求信號能量的程序段為例：

上述示例可使用如下匯編程序段實現：

如上優化后，循環體LOOP僅為一個周期，在這一個周期中有6條并行運行的指令。其中，內存讀取指令LDFI需4個周期，故乘法指令SMPY是將向前追溯4個循環周期的內存讀取結果相乘。同理，SMPY指令需2個周期，故SADD指令是將2個循環周期之前的相乘結果相加。B0和A1配合用于循環控制，在等待跳轉指令B有效的5個延時周期內，依次進行隨后的后一循環的取數，前第3個循環的相乘，前一個循環的求和、循環控制和跳轉指令，依次類推。上述優化實現了最優循環效率。
本設計優化后核心編解碼算法代碼完全符合ITUT G．729ab標準，并通過了ITU-T的所有測試矢量。使用300 MHz主頻的TMS320C6203實現聲碼器，單片可支持31路G．729ab算法。

2 聲碼器的DSP硬件接口設計
在媒體網關中，聲碼器的功能是實現PSTN的E1語音信號和數據網分組語音壓縮信號之間的編解碼轉化。利用TMS320C6203片內固化設置的McBSP接口(多通道緩存串行接口)與HPI接口(主處理器接口)，可以實現DSP與E1總線、以及數據網上層處理器的連接。結構示意圖如圖1所示。

TM320C6203通過內置McBSP與EDMA(Enhanced Directory Memory Access，增強型直接內存訪問)控制器配合，可實現與E1標準接口的鏈接。設置McBSP的接收／發送控制寄存器(R／XCR)，使串口按照標準E1數據格式進行數據收發；設置串口管腳控制寄存器(PCR)，控制串口采用外部E1總線的時鐘和幀同步信號；設置串口控制寄存器(SPCR)，控制串口的R／XINT(收／發中斷)由EDMA響應。