基于TMS320C6201的G.723.1多通道語音編解碼的實現

　　３．１．２ 提高寄存器的利用率

　　ＤＳＰ芯片內部的運算單元運行效率非常高，但如果寄存器和數據總線之間的數據交換頻繁，將使ＤＳＰ的執行效率大打折扣。因為ＤＳＰ在進行內存操作時，往往需要若干周期的延遲，如Ｌｏａｄ指令要有４個周期的延遲，Ｓｔｏｒｅ指令需要２個周期的延遲。為了減少耗時的內存操作，可以在程序進入循環體之前，將要頻繁使用的數據預先放入寄存器，然后反復調用，實踐證明這種方法可以提高一部分效率。

　　３．１．３ 使用內在函數（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）

　　內在函數是在某些Ｃ６２０１ＤＳＰ的匯編指令前加上“＿”構成它可以方便地實現某些需若干Ｃ語句才能實現的功能。它是一種非常簡便高效的優化方法，它的調用格式和普通Ｃ函數一樣，但在編譯時編譯器會自動將Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ用對應的匯編指令替代。Ｃ６２０１指令集中絕大多數的運算邏輯指令都可以這樣使用，比如飽和絕對值、飽和加、飽和減、飽和乘、兩個字中的對應半字同時加或同時減、兩個字中的對應半字同時乘或交叉乘、歸一化及位操作等。經過此步優化后，大部分循環體都可以生成較為有效的流水內核（ｐｉｐｌｉｎｅｄｋｅｒｎｅｌ）。用Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ替代Ｇ．７２３．１原先的Ｃ代碼，運算量下降為原來的１／１０。

　　３．１．４ 對算法的冗余部分合理精簡

　　經過檢查，發現ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．７２３．１的Ｃ代碼存在冗余部分。象６．３ｋ碼率的ＭＰ－ＭＬＱ搜索模塊中，只需要用到偶數位置的脈沖響應的自相關，所以對奇數位置的脈沖響應自相關計算可以省略。

　　另外，在Ｇ．７２３．１標準中存在大量的１０階ＦＩＲ和１０階ＩＩＲ濾波器運算，如編碼部分的感知加權、零輸入響應、解碼部分綜合濾波器和后濾波等，ＦＩＲ和ＩＩＲ的通用形式可以表示為：

　　每次循環，ＦＩＲ濾波器內存要用新的輸入值更新，ＩＩＲ濾波器內存要用新的輸出值更新，使用按標準提供的算法，要專門用一個１０階循環更新內存。如果用一個１０單位大小的循環緩存區，每次用新值覆蓋最老的樣值，動態調整循環緩存區的頭指針，可以節省原先用于內存更新的ｃｙｃｌｅ。

　　３．２ 匯編級優化

　　由于Ｃ編譯器只能完成７０％的工作且對于復雜的循環，Ｃ編譯器無法生成高效率的代碼，所以對運算量大的模塊只能用手寫匯編。

　　３．２．１ 字長優化

　　Ｃ６２０１的字長為３２位，它支持按字節、半字、字存取。對于１６位的數組，當它在內存中連續排列時，用３２位讀寫指令ＬＤＷ或ＳＴＷ替代１６位讀寫指令ＬＤＨ或ＳＴＨ，循環次數可減少一半。另外，Ｃ６２０１的匯編指令支持兩個３２位寄存器的高１６位和低１６位之間互乘，結果分別放到不同的寄存器中，互不影響。具體指令為ＳＭＰＹ(Ｌ×Ｌ)、ＳＭＰＹＨ(Ｈ×Ｈ)、ＳＭＰＹＨＬ(Ｈ×Ｌ)和ＳＭＰＹＬＨ(Ｌ×Ｈ)。通過字長優化，可以大大提高程序的運行效率。必須注意的是，在使用字長優化時，數組在內存中的位置必須對齊３２位邊界。

　　３．２．２ 對外循環的優化

　　Ｃ６２０１的Ｃ編譯器對多重循環的最內層一般能較好地優化到一句到兩句，但對外循環的優化效率則差很多。手寫匯編時，可以先將內循環展開，再把外循環的指令并入其中，可以減少所耗費的ｃｙｃｌｅ數。

　　Ｃ６２０１的循環一般分前導(Ｐｒｏｌｏｇ)、內核(Ｋｅｒｎｅｌ)及排空(Ｅｐｉｌｏｇ)三部分。代碼的并行程度從Ｐｒｏｌｏｇ開始不斷提高，Ｋｅｒｎｅｌ內的并行程度最高，Ｅｐｉｌｏｇ與Ｐｒｏｌｏｇ相反，并行性逐漸降低。在多重循環中，如果盡量把內循環前導部分的指令與填入排空部分未用的單元，一起執行，可以在執行本次循環的排空語句的同時執行下次循環的前導語句。這樣可不多花ｃｙｃｌｅ而提高整個循環的效率。

　　４ 實現結果

　　經過Ｃ語言級和匯編級的多種優化，最后實現了一路Ｇ．７２３．１的編解碼需要花費１０．６ＭＣＰＳ，整個代碼的程序空間為２０８Ｋ ｂｙｔｅ（程序中包括了部分ｃ６２０１的庫函數），數據空間為８Ｋ ｂｙｔｅ，碼本大小２０ｋ ｂｙｔｅ，多通道的上下文數據為１．４８Ｋ ｂｙｔｅ。２００ＭＨｚ的Ｃ６２０１每秒可以實時編解碼１６路語音信號。所有代碼全部通過了ＩＴＵ－Ｔ測試矢量的測試。表１是各主要模塊的運算量。

表1 G.723.1各主要模塊運算量

　　本文提出的利用Ｃ６２０１ ＤＳＰ進行ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．７２３．１全雙工實時多通道語音編解碼的實現。該實現可以在ＩＰ電話、視頻會議中得到廣泛應用。