G.729语音编码算法在TriMediaTM1300DSP上的实现详解.doc

G.729语音编码算法在TriMedia TM1300 DSP上的实现(作者:陈军科) ?G.729语音编码算法在TriMedia TM1300 DSP上的实现杭州海康威视数字技术有限公司 陈军科 　　摘要：介绍了ITU语音编码算法G.729的原理和TM1300 DSP处理器的特性，描述了G.729算法在TM1300上的优化、实现。　　关键词：G.729， CS-ACELP，TM1300，VLIW，并行。　　一、G.729编码器介绍　　G.729是国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union）于1996年推出的采用共轭结构-代数码激励线性预测（CS-ACELP， Conjugate-Structure Algebraic-Code- Excited Linear-Predication）技术的具有8kbit/s码率的语音编码算法建议，该算法是以语音编码方案中的码激励线性预测（CELP，Code Excited Linear Predication）技术为基础提出的，其原理如图1所示。　　G.729是一种单声道语音信号的压缩编码算法，模拟信号经过话带滤波器后，按8KHz的频率采样并转换成16bit的线性PCM信号（即128kbit/s的码流），这就是图中所示的G.729编码器的输入语音信号。G.729编码器以10ms的输入帧（80个采样点）为单位进行编码。G.729编码器的输出为8kbit/s的码流，因此其压缩比高达16：1。而经G.729解码器还原后的声音质量却达到了相当高的水准，其主观平均得分（MOS，Mean Opinion Score）在4分以上（MOS最高得分为5分），属于良好级别，人的耳朵几乎察觉不到声音有失真的情况，音质与码率为64kbit/s的G.711编码标准相近，而占用的带宽仅为G.711的1/8。另外G.729编码算法的延时较小，在15ms左右。　　虽然G.729具有较低的码率、较高的还原音质和较小的延时等优点，但是由于其存在算法复杂度大和数据存储量大的固有缺陷，在早期并没有得到广泛的实际应用。后来随着超大规模集成电路VSLI工艺的进步，极大地推动数字信号处理器（DSP）技术的发展，各大厂商纷纷推出了各具特色的高性能DSP，也大大降低了实现G.729语音编码算法的成本。目前，G.729已经广泛应用于诸如IP电话、会议电视、数字音视频监控等领域。 ? 二、Trimedia TM1300处理器　　TM1300处理器是Philips公司推出的一款32位性能优良的多媒体处理芯片，特别针对数字视频和音频应用进行了优化，集成了视频输入/输出接口、音频输入/输出接口、IIC接口、PCI接口、SDRAM控制器等外围设备接口，极大地简化了外围电路的设计，提高了系统的稳定性、可靠性，降低了系统的总体成本。因此TM1300处理器在音视频处理卡、多媒体嵌入式设备中得到了广泛的应用。　　TM1300处理器超强的的多媒体处理性能得益于其核心CPU、多媒体操作指令集和存储器体系结构的设计。TM1300的核心是32位的超长指令字结构（VLIW，Very-Long Instruction Word）的处理器，内部有11种共27个执行单元，在每一个时钟周期内最多可以同时安排5个执行单元进行5个操作，如图2所示。 TM1300的指令 　TM1300有一整套专门针对多媒体运算的DSP操作指令，每一个操作可以执行多个算术运算，比如操作UIFIR8UU（a，b）包括4个乘法运算和1个加法运算，这使TM1300具有强大的多媒体数据处理能力。而这些DSP操作指令都可以在C程序中直接调用，大大方便了编程。TM1300处理器内部含有128个通用寄存器，这些寄存器不是分段的，所有操作都能使用这些寄存器。TM1300使用32位线性寻址，寻址能力达到4GB，同时为了解决高速VLIW CPU和低速外存SDRAM之间的数据交换瓶颈，TM1300内部集成了16KB的高速数据缓存和32KB的高速指令缓存（CACHE），以确保VLIW CPU的全速运行。TM1300的二进制运行代码以压缩的格式存放在SDRAM和指令CACHE中，压缩的代码一方面可以提高指令CACHE的命中率，另一方面可以减少指令CACHE与SDRAM之间的数据交换。指令CACHE中有一个专门的指令解压机构，它负责解压缩指令并以224位的数据位宽向VLIW CPU提供指令。而其数据CACHE是双端口的，其数据位宽达64位，并且VLIW CPU与缓存之间是以CPU的运行频率交换数据的。　　TM1300处理器的音频输入单元（AI）外接A/D转换器，支持1个或2个声道的音频输入采样，每个采样点可以设为8位或16位，可以工作在主模式或从模式，支持标