基于TMS320C6201的G.723.1多通道語音編解碼的實(shí)現(xiàn)

　　３．１．２ 提高寄存器的利用率

　　ＤＳＰ芯片內(nèi)部的運(yùn)算單元運(yùn)行效率非常高，但如果寄存器和數(shù)據(jù)總線之間的數(shù)據(jù)交換頻繁，將使ＤＳＰ的執(zhí)行效率大打折扣。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ＤＳＰ">ＤＳＰ在進(jìn)行內(nèi)存操作時(shí)，往往需要若干周期的延遲，如Ｌｏａｄ指令要有４個(gè)周期的延遲，Ｓｔｏｒｅ指令需要２個(gè)周期的延遲。為了減少耗時(shí)的內(nèi)存操作，可以在程序進(jìn)入循環(huán)體之前，將要頻繁使用的數(shù)據(jù)預(yù)先放入寄存器，然后反復(fù)調(diào)用，實(shí)踐證明這種方法可以提高一部分效率。

　　３．１．３ 使用內(nèi)在函數(shù)（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）

　　內(nèi)在函數(shù)是在某些Ｃ６２０１ＤＳＰ的匯編指令前加上“＿”構(gòu)成它可以方便地實(shí)現(xiàn)某些需若干Ｃ語句才能實(shí)現(xiàn)的功能。它是一種非常簡便高效的優(yōu)化方法，它的調(diào)用格式和普通Ｃ函數(shù)一樣，但在編譯時(shí)編譯器會(huì)自動(dòng)將Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ用對(duì)應(yīng)的匯編指令替代。Ｃ６２０１指令集中絕大多數(shù)的運(yùn)算邏輯指令都可以這樣使用，比如飽和絕對(duì)值、飽和加、飽和減、飽和乘、兩個(gè)字中的對(duì)應(yīng)半字同時(shí)加或同時(shí)減、兩個(gè)字中的對(duì)應(yīng)半字同時(shí)乘或交叉乘、歸一化及位操作等。經(jīng)過此步優(yōu)化后，大部分循環(huán)體都可以生成較為有效的流水內(nèi)核（ｐｉｐｌｉｎｅｄｋｅｒｎｅｌ）。用Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ替代Ｇ．７２３．１原先的Ｃ代碼，運(yùn)算量下降為原來的１／１０。

　　３．１．４ 對(duì)算法的冗余部分合理精簡

　　經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)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(shù)位置的脈沖響應(yīng)的自相關(guān)，所以對(duì)奇數(shù)位置的脈沖響應(yīng)自相關(guān)計(jì)算可以省略。

　　另外，在Ｇ．７２３．１標(biāo)準(zhǔn)中存在大量的１０階ＦＩＲ和１０階ＩＩＲ濾波器運(yùn)算，如編碼部分的感知加權(quán)、零輸入響應(yīng)、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(huán)，ＦＩＲ濾波器內(nèi)存要用新的輸入值更新，ＩＩＲ濾波器內(nèi)存要用新的輸出值更新，使用按標(biāo)準(zhǔn)提供的算法，要專門用一個(gè)１０階循環(huán)更新內(nèi)存。如果用一個(gè)１０單位大小的循環(huán)緩存區(qū)，每次用新值覆蓋最老的樣值，動(dòng)態(tài)調(diào)整循環(huán)緩存區(qū)的頭指針，可以節(jié)省原先用于內(nèi)存更新的ｃｙｃｌｅ。

　　３．２ 匯編級(jí)優(yōu)化

　　由于Ｃ編譯器只能完成７０％的工作且對(duì)于復(fù)雜的循環(huán)，Ｃ編譯器無法生成高效率的代碼，所以對(duì)運(yùn)算量大的模塊只能用手寫匯編。

　　３．２．１ 字長優(yōu)化

　?。茫叮玻埃钡淖珠L為３２位，它支持按字節(jié)、半字、字存取。對(duì)于１６位的數(shù)組，當(dāng)它在內(nèi)存中連續(xù)排列時(shí)，用３２位讀寫指令ＬＤＷ或ＳＴＷ替代１６位讀寫指令ＬＤＨ或ＳＴＨ，循環(huán)次數(shù)可減少一半。另外，Ｃ６２０１的匯編指令支持兩個(gè)３２位寄存器的高１６位和低１６位之間互乘，結(jié)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(yōu)化，可以大大提高程序的運(yùn)行效率。必須注意的是，在使用字長優(yōu)化時(shí)，數(shù)組在內(nèi)存中的位置必須對(duì)齊３２位邊界。

　　３．２．２ 對(duì)外循環(huán)的優(yōu)化

　　Ｃ６２０１的Ｃ編譯器對(duì)多重循環(huán)的最內(nèi)層一般能較好地優(yōu)化到一句到兩句，但對(duì)外循環(huán)的優(yōu)化效率則差很多。手寫匯編時(shí)，可以先將內(nèi)循環(huán)展開，再把外循環(huán)的指令并入其中，可以減少所耗費(fèi)的ｃｙｃｌｅ數(shù)。

　?。茫叮玻埃钡难h(huán)一般分前導(dǎo)(Ｐｒｏｌｏｇ)、內(nèi)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(nèi)的并行程度最高，Ｅｐｉｌｏｇ與Ｐｒｏｌｏｇ相反，并行性逐漸降低。在多重循環(huán)中，如果盡量把內(nèi)循環(huán)前導(dǎo)部分的指令與填入排空部分未用的單元，一起執(zhí)行，可以在執(zhí)行本次循環(huán)的排空語句的同時(shí)執(zhí)行下次循環(huán)的前導(dǎo)語句。這樣可不多花ｃｙｃｌｅ而提高整個(gè)循環(huán)的效率。

　　４ 實(shí)現(xiàn)結(jié)果

　　經(jīng)過Ｃ語言級(jí)和匯編級(jí)的多種優(yōu)化，最后實(shí)現(xiàn)了一路Ｇ．７２３．１的編解碼需要花費(fèi)１０．６ＭＣＰＳ，整個(gè)代碼的程序空間為２０８Ｋ ｂｙｔｅ（程序中包括了部分ｃ６２０１的庫函數(shù)），數(shù)據(jù)空間為８Ｋ ｂｙｔｅ，碼本大?。玻埃?ｂｙｔｅ，多通道的上下文數(shù)據(jù)為１．４８Ｋ ｂｙｔｅ。２００ＭＨｚ的Ｃ６２０１每秒可以實(shí)時(shí)編解碼１６路語音信號(hào)。所有代碼全部通過了ＩＴＵ－Ｔ測(cè)試矢量的測(cè)試。表１是各主要模塊的運(yùn)算量。

表1 G.723.1各主要模塊運(yùn)算量

　　本文提出的利用Ｃ６２０１ ＤＳＰ進(jìn)行ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．７２３．１全雙工實(shí)時(shí)多通道語音編解碼的實(shí)現(xiàn)。該實(shí)現(xiàn)可以在ＩＰ電話、視頻會(huì)議中得到廣泛應(yīng)用。