ITU-TG.729算法及其實時實現(xiàn)

· 接口功能模塊

該模塊實現(xiàn)ADSP-2181與主CPU的數(shù)據(jù)實際交換工作。該模塊包括DSP的主控程序和數(shù)據(jù)傳輸兩部分。DSP的主控程序主要負(fù)責(zé)不斷將采集到的語音數(shù)據(jù)分幀,送入編碼器,并將接收到的碼流分類后送入解碼器模塊。數(shù)據(jù)傳輸部分負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)和與主CPU的數(shù)據(jù)交換。

2.2 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)考慮了各CPU之間的數(shù)據(jù)交換與協(xié)調(diào)等問題。ADSP2181具有一個16位的IDMA

口,在處理器全速運行的情況下,ADSP-2181可以自動完成IDMA口的接收和發(fā)送數(shù)據(jù),這為系統(tǒng)的設(shè)計帶來了很大的便利。利用ADSP-2181的這個性質(zhì),我們通過IDMA口來實現(xiàn)ADSP-2181與主CPU的數(shù)據(jù)交互。

我們設(shè)計了ADSP-2181與PC機(jī)ISA總線接口的主從系統(tǒng)。在這個主從系統(tǒng)中,PC機(jī)為主CPU,ADSP-2181為從CPU。在啟動時,由PC機(jī)通過IDMA口將程序裝載入ADSP-2181內(nèi)部存儲器中。在ADSP-2181全速運行時,主機(jī)可以查詢從機(jī)的運行狀態(tài)、讀取壓縮后的G.729碼流,也可以送入待解碼的G.729碼流等。

在該主從系統(tǒng)中,PC機(jī)通過ADSP-2181的IDMA口來讀寫它的內(nèi)部存儲器。PC總線通過GAL譯碼,形成,,,,IACK信號,與ADSP-2181的IDMA口連接,這樣就實現(xiàn)了在ADSP-2181全速運行的情況下,PC機(jī)仍能訪問到ADSP-2181內(nèi)部存儲器。

圖３是主從系統(tǒng)中的ADSP-2181功能與接口的框圖。語音信號由ADSP1847采集,通過ADSP-2181的串口０送入到ADSP-2181進(jìn)行編碼。編碼數(shù)據(jù)通過IDMA口送到主機(jī)進(jìn)行存儲。需要解碼的數(shù)據(jù)從主機(jī)由IDMA口送到ADSP-2181進(jìn)行解碼,解碼后獲得的語音信號通過串口0送至ADSP1847。

2.3 難點的解決

數(shù)據(jù)在DSP中的安排。維護(hù)好一張變量表,每次進(jìn)入一個模塊時,首先使用已經(jīng)分配但暫時不用的變量。只在不夠的情形下,再去分配額外的變量,同時將這些新分配的變量計入到變量表中,供其它模塊使用。另外維護(hù)好一個局部變量堆棧,使得各個模塊的內(nèi)部局部變量分配在堆棧中,當(dāng)從該模塊退出時,就從堆棧中彈出這些局部變量,釋放空間。

數(shù)據(jù)精度的處理。對精度要求比較高的地方,將計算的中間變量采用32位來表示,運算結(jié)束后,再轉(zhuǎn)換成16位表示,這樣指令條數(shù)增加不多,但精度卻大大提高了。在某些精度要求比較高的模塊,采用尾數(shù)和指數(shù)來表示浮點數(shù),自己編寫一套指數(shù)和尾數(shù)的運算庫,由于尾數(shù)和指數(shù)表示法有足夠大的精度范圍,完全滿足要求。但只能在少許地方采用這種方法,否則運算量就會上去,給實時實現(xiàn)帶來困難。

有限計算資源的利用。利用ADSP強(qiáng)大的多功能指令可以非常好地利用有限計算資源。

DSJP高速運行時,DSP與主機(jī)的數(shù)據(jù)交互。由于ADSP-2181具有一個16位的IDMA口,在處理器全速運行的情況下,ADSP-2181可以自動完成IDMA口的接收和發(fā)送數(shù)據(jù),這為系統(tǒng)的設(shè)計帶來了很大的便利。利用ADSP-2181的這個性質(zhì),我們通過IDMA口來實現(xiàn)ADSP-2181與主CPU的數(shù)據(jù)交互。

語音信號和編解碼緩沖區(qū)的維護(hù)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互都是采用雙緩沖的工作方式。雙緩沖的好處在于數(shù)據(jù)的交互不會影響到其他工作的正常進(jìn)行。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與播放采用雙緩沖的工作方式。采集時采用cod-ad和cod-work兩個緩沖區(qū),播放時采用decod-work和decod-work兩個緩沖區(qū)。cod-ad用于ADSP-2181的串口數(shù)據(jù)采集,cod-work用于ADSP-2181的編碼。當(dāng)cod-ad采完一幀數(shù)據(jù)后與cod-work互換。decod-work用于ADSP-2181的串口數(shù)據(jù)播放,decod-work用于ADSP-2181的解碼。當(dāng)播放完一幀數(shù)據(jù)后,decod-ad與decod-work互換。采集與播放程序放在ADSP-2181的中斷服務(wù)程序中。本系統(tǒng)只開放ADSP-2181的接收中斷,ADSP-2181每接收一個數(shù)據(jù),同時就播放一個數(shù)據(jù)。

另外G.729的編碼器的編碼數(shù)據(jù)和解碼器的解碼數(shù)據(jù)都有兩個緩沖區(qū),緩沖區(qū)的工作原理與數(shù)據(jù)采集和播放的雙緩沖區(qū)的工作原理相同。

綜上所述,ITU-T的G.729協(xié)議是一個ITU-T的8Kbps語音編解碼協(xié)議,它具有高音質(zhì)和低延時的特點。軟件設(shè)計主要包括三個部分：命令解釋器、G.729數(shù)據(jù)引擎、接口功能模塊。我們用ADSP-2181實時實現(xiàn)了G.729協(xié)議,在ADSP-2181的數(shù)據(jù)采集／播放和ADSP-2181與主CPU接口的數(shù)據(jù)交互方面都采用了雙緩沖方式。硬件設(shè)計主要是通過ADSP-2181的IDMA口,來實現(xiàn)主CPU與ADSP-2181的數(shù)據(jù)交互。

針對實時實現(xiàn)G.729的一些難點,我們提出了一系列解決的方法,通過這些解決方法,我們已經(jīng)在Analog Device的定點數(shù)字處理芯片ADSP-2181上實時實現(xiàn)了符合ITU-T G.729的全部功能,并且已經(jīng)通過了ITU-T G.729的全部測試矢量。該編解碼器已經(jīng)在數(shù)字語音記錄儀和H.323網(wǎng)上多媒體通信系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。