基于TMS320C5416的G.729語音編解碼算法的優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)

2.2 進(jìn)行C語言優(yōu)化
基于G.729標(biāo)準(zhǔn)的聲碼器最終在定點(diǎn)TMS320C5416上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。在定點(diǎn)TMS320C5416內(nèi)，浮點(diǎn)數(shù)是通過將小數(shù)點(diǎn)固定在特定位置來表示的，這是定點(diǎn)TMS320C5416的局限之一。為了區(qū)分小數(shù)的不同值域，使用了Q-格式。不同的Q-格式在于小數(shù)點(diǎn)的位置不同，因此整數(shù)域也不同。當(dāng)兩個(gè)數(shù)相乘時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特殊的符號位。如：兩個(gè)Q4數(shù)相乘, 需要附加一個(gè)左移的操作以去除這個(gè)多余的符號位，乘積應(yīng)該是一個(gè)Q9格式的。如果DSP中的FRST位被置位，這個(gè)去除多余符號位的移位操作能夠自動(dòng)完成。對于16位數(shù)的乘法運(yùn)算，應(yīng)該得到32 位的乘積。但是，由于只需要16位的積，該32位乘積中只有高16位被存儲(chǔ)下來，積的低16位被丟棄。為了達(dá)到高準(zhǔn)確性，在連續(xù)的乘法運(yùn)算過程中（如卷積），應(yīng)該一直保持32位的計(jì)算結(jié)果，只對最終的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行丟棄低16位的截短操作。為了達(dá)到更高的準(zhǔn)確性，在這一操作過程中會(huì)使用到一種雙重精度格式, 這種格式僅僅出現(xiàn)在使用單精度不夠，而又不必要使用32位精度的時(shí)候。兩個(gè)32位數(shù)相乘，只需要32位的乘積，而不是64位，不過注意到TMS320C5416是16位的，所以在雙重精度格式中，32位整數(shù)分為高位字和低位字。高、低位字中都含有符號位，以進(jìn)行快乘運(yùn)算。其格式如下：
L_32=hi_word16+lo_word1
Hi_word=L_32>>16
Lo_word=L_32-hi_word>>1
當(dāng)累加器中的數(shù)值超過一定范圍時(shí)將會(huì)產(chǎn)生溢出。在G.729算法標(biāo)準(zhǔn)中， 累加器的值被限定在80000000～7FFFFFFF之內(nèi)――即最小負(fù)數(shù)和最大正數(shù)。不過在TMS320C5416中，如果將PMST寄存器中的OVM置位，則溢出會(huì)得到自動(dòng)處理。
2.3 內(nèi)聯(lián)指令的應(yīng)用和C程序中嵌入?yún)R編語句
由于語音編碼的特點(diǎn)，編解碼函數(shù)都是由一些基本的加減乘除簡單函數(shù)組織而成，這些函數(shù)定義在BASIC OP.C和OPER_32B.C兩個(gè)文件中，如果能夠?qū)@些簡單函數(shù)進(jìn)行內(nèi)聯(lián)指令(intrinsic)的優(yōu)化，就能達(dá)到事半功倍的效果。內(nèi)聯(lián)指令是匯編指令的直接映射，具有很高的效率。例如：
#define muh_ r(varl，var2) _mpylir(varl，var2)
#define L_ add(L_var1，L_var2) _sadd(L_var1，L_var2)
#define L_ muh(var1，var2) _smpy(var1，var2)
在C程序中嵌入?yún)R編語句的方法比較簡單，只需在匯編語句的左右加上一個(gè)引號，然后用小括弧將匯編語句括住，并在括弧前加上ASM標(biāo)識(shí)符，例如ASM(“匯編語句”)。采用這種方法一方面可以在C程序中實(shí)現(xiàn)用C語言無法實(shí)現(xiàn)的一些硬件控制功能，如修改中斷控制寄存器、中斷使能或屏蔽、讀取狀態(tài)寄存器和中斷標(biāo)志寄存器等；另一方面，也可以用這種方法在C程序中的關(guān)鍵部分用匯編語句代替C語言以優(yōu)化程序。而采用這種方法的缺點(diǎn)是比較容易破壞C環(huán)境，因?yàn)镃編譯器在編譯嵌入了匯編語句的C程序時(shí)并不檢查或分析所嵌入的匯編語句。采用這種方法需要注意以下幾點(diǎn)：
(1)不要破壞C環(huán)境，因?yàn)镃編譯器并不檢查和分析嵌入的匯編語句。
(2)匯編語句不要改變C程序中變量的值，不要在匯編語句中加入?yún)R編器而改變匯編環(huán)境。
在簡化算法的基礎(chǔ)上，使用CCS提供的C優(yōu)化器進(jìn)行C語言優(yōu)化，同時(shí)還使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)和匯編優(yōu)化。
3 G.729在TMS320C5416上的實(shí)現(xiàn)
3.1 TMS320C5416的體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用
TMS320C5416(以下簡稱C5416)是TI公司最近推出的一款高性價(jià)比的通用l6位定點(diǎn)DSP芯片，它的內(nèi)核CPU基本組成與TMS320C54X系列一樣。C5416的單指令周期為6．25 RS，每秒執(zhí)行的指令數(shù)為160×106，指令系統(tǒng)豐富并具有很多多功能指令，使用了6級指令流水線結(jié)構(gòu)，這些都很適合實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的G．729聲碼器。采用一個(gè)40bit ALU、128K×16bit片內(nèi)RAM(包括64KB的片內(nèi)DARAM和64KB的片內(nèi)SARAM)、3個(gè)獨(dú)立的l6bit數(shù)據(jù)內(nèi)存總線、1個(gè)程序內(nèi)存總線、3個(gè)MCBSP、6信道DMA控制器、1個(gè)8／l6位并行增強(qiáng)主機(jī)端口接口及2個(gè)l6bit計(jì)時(shí)器。
在TMS320C5416中通過PCM3002進(jìn)行語音信號的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，PCM3002使用兩個(gè)串行通道，一個(gè)用于控制內(nèi)部寄存器，另外一個(gè)用于數(shù)據(jù)傳輸。在系統(tǒng)板TMS320C5416中默認(rèn)的語音信號的抽樣率是48kHz，通過修改PCM3002的內(nèi)部控制寄存器，設(shè)定PCM3002信號的抽樣率。為了滿足G.729編碼的要求，PCM3002信號的抽樣率為8 000Hz。為了充分利用DSP進(jìn)行信號處理，通過使用MCBSP和DMA把抽樣的數(shù)據(jù)送入DMA的緩沖區(qū)中，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)產(chǎn)生一次中斷，DSP把DMA的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀入DSP中進(jìn)行處理，然后把處理過的數(shù)據(jù)送入DMA發(fā)送緩沖區(qū)。
3.2 G.729在TMS320C5416的實(shí)現(xiàn)
G.729的處理過程中采用塊處理技術(shù)如圖3所示。按照G.729標(biāo)準(zhǔn)，每塊(幀)由80個(gè)樣本組成，最初80個(gè)樣本被存起來，處理過程中有兩個(gè)操作是同時(shí)進(jìn)行的。在處理塊L中數(shù)據(jù)的同時(shí)，存儲(chǔ)L+1塊的數(shù)據(jù)。