語音的數(shù)字通信以信道占用寬頻帶寬為代價實現(xiàn)抗干擾等功能。必須對數(shù)字語音信號進行壓縮編碼。
目前，G.729A算法多是在TI的5000系列DSP上實現(xiàn)單通道或雙通道語音壓縮，而本設(shè)計在現(xiàn)有的TMS320C6711系列DSP平臺上使用最少的硬件資源和軟件開銷，壓縮編碼解碼時間，實現(xiàn)了多通道語音實時壓縮解壓。
選擇語音壓縮編碼方案
在評價一個語音壓縮編碼方案時，一般從四個方面考慮：質(zhì)量、速率、復(fù)雜度和延時。目前 ITU-U已制定的G系列標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
本系統(tǒng)需要的是一種低碼率、語音質(zhì)量良好、低時延、較低算法復(fù)雜度的壓縮方案，從表1中可以看出，從低碼率考慮就可以排除G.711、G.721、G.722和G.723。G.726在速率為16Kb/s 時，語音質(zhì)量為2.0，這顯然是不可以接受的。在余下的G.723.1、G.729、G.729A中，可以看到G.723.1的算法復(fù)雜度較大，而且延時較長，所以也被排除。和G.729相比，在算法復(fù)雜度方面，G.729A有較大優(yōu)勢。實際上， G.729A是G.729的一個簡化版本，在語音質(zhì)量基本維持不變的情況下，算法簡化了很多。所以本系統(tǒng)最后選用 G.729A算法。
G.729A編碼方案是電話帶寬的語音信號編碼的標(biāo)準(zhǔn)，對輸入語音性質(zhì)的模擬信號用8kHz、采樣，16比特線性PCM量化。CS-ACELP是基于碼本激勵線性預(yù)測(CELP)的編碼模式，每80個樣點為一語音幀，對語音信號分析并提取各種參數(shù)，把這些參數(shù)編碼發(fā)送。在解碼端，把收到的比特流恢復(fù)成參數(shù)編碼，解碼后得到各個參數(shù)，用自適應(yīng)碼矢序號從自適應(yīng)碼本中得到自適應(yīng)碼矢，用固定碼矢序號從固定碼本中得到固定碼矢，分別乘以它們的增益，按點相加后構(gòu)成激勵序列。用線性預(yù)測濾波器系數(shù)構(gòu)成合成濾波器。用自適應(yīng)碼本方法實現(xiàn)長時或基音合成濾波，計算出合成語音后，用后置濾波器進一步增強音質(zhì)。G.729A算法編碼器原理框圖如圖1所示。
圖1 G.729A算法編碼器原理框圖
硬件系統(tǒng)設(shè)計
數(shù)字信號處理器具有運行速度快、性價比高、功耗低、開發(fā)快的特點。本系統(tǒng)選擇的TMS320C6711是高性能浮點數(shù)字信號處理器，可以成功地實現(xiàn)實時語音壓縮和解壓。
1 系統(tǒng)原理框圖
本系統(tǒng)以TMS320C6711為核心，外擴32MB SDRAM和2MB FLASH。DSP仿真器用于DSP的在線調(diào)試開發(fā)，可以通過軟件在線控制DSP的運行狀態(tài)，并能夠查看DSP內(nèi)部寄存器。PC是開發(fā)人員和DSP系統(tǒng)之間的交互界面，通過PC上安裝的CCS集成開發(fā)環(huán)境，開發(fā)人員可以在友好的圖形界面下對目標(biāo)系統(tǒng)進行操作。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)硬件框圖
2 模擬電路接口設(shè)計
TLV320AIC10芯片模擬電路設(shè)計包括麥克風(fēng)接口設(shè)計和揚聲器接口設(shè)計，由于TLV320AIC10輸出具有600Ω驅(qū)動能力，足夠驅(qū)動一個耳機，也可以經(jīng)過一個功率放大芯片驅(qū)動揚聲器，所以輸出電路較為簡單。
TLV320AIC10內(nèi)置運算放大器電路，可以方便的與麥克風(fēng)接口，接口電路如圖3所示。應(yīng)當(dāng)注意的是VMID引腳最大輸出電流為5mA，為了防止輸出電流超過限制，應(yīng)當(dāng)串聯(lián)一個起保護作用的電位器RP1。
圖3 模擬電路接口
3 數(shù)字電路接口設(shè)計
TLV320AIC10 支持與 TI 5000和6000 系列的無縫接口。TLV320AIC10 通過 McBSP接口與TMS320C6711 DSP相連，如圖4所示。
圖4 數(shù)字電路接口
注意，TLV320AIC10采用主模式，由TLV320AIC10 向TMS320C6711 DSP 提供串行通信頻率 SCLK。MCLK 提供TLV320AIC10 的工作頻率，包括串行通信頻率SCLK和采樣頻率fs。串行通信頻率為MCLK 的二分頻，fs與MCLK關(guān)系如下：fs= MCLK/(256×N)，N = 1，2...，32。在本系統(tǒng)中 N為4，fs為8000，故MCLK是8.19MHz。
軟件系統(tǒng)設(shè)計
本系統(tǒng)實現(xiàn)的目標(biāo)是能夠?qū)崟r輸入語音、壓縮，并能把接收到的 G.729A 編碼解壓、播放出來。事實上 DSP 要同時處理多個任務(wù)：從外部語音芯片獲取采集數(shù)據(jù)、編碼、解碼、把解碼后的數(shù)據(jù)送到外部語音芯片播放。本系統(tǒng)采用 TI BIOS 嵌入式實時操作系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了硬件驅(qū)動程序和上層應(yīng)用程序，最后測試了實現(xiàn)結(jié)果。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖
實驗結(jié)果
從實驗仿真中可以得到，重建語音與原始語音的頻率峰值完全相同，都在468.75Hz，這表示G.729A的LPC參數(shù)分析和基音頻率估計是非常正確的，但是重建語音在200Hz、700Hz 左右有一個原始語音沒有的波峰，而且重建語音在800Hz以后的幅度沒有迅速下降。這說明二者還是稍有差別的。
結(jié)束語
本文對基于DSP的G.729A語音壓縮算法進行了嚴(yán)格的測試，測試結(jié)果表明：(1)算法通過了ITU-T的測試向量，達到了ITU-T標(biāo)準(zhǔn);(2)本編碼算法對于時間長度為10ms的一幀語音數(shù)據(jù)編碼需要1.1ms，解碼需要0.29ms，完全可以在TMS320C6711 DSP處理器上實時實現(xiàn)多路語音編解碼。