概述

近二十年來，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展帶動(dòng)相關(guān)的軟件、硬件設(shè)計(jì)達(dá)到新的水平，使得很多比較復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)并且得到廣泛應(yīng)用。突出的代表就是數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）與語音信號(hào)壓縮編碼算法相結(jié)合，并且在日常通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，例如數(shù)字移動(dòng)電話、IP電話等。隨著網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展、微處理器和信號(hào)處理專用芯片的發(fā)展，也為語音處理技術(shù)的應(yīng)用提供了更加廣闊的平臺(tái)。所有這些因素都促進(jìn)了對(duì)更加有效、可靠、高質(zhì)量的語音編碼系統(tǒng)的需要，從而促進(jìn)了語音編碼技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。在最近一些年內(nèi)，語音壓縮編碼技術(shù)有了很大的發(fā)展。最早的標(biāo)準(zhǔn)化語音編碼標(biāo)準(zhǔn)是70年代CCITT公布的G.711 64kb/s脈沖編碼調(diào)制PCM。此后ITU又先后公布了G.721 32kb/s自適應(yīng)差分編碼（ADPCM）、G.728 16kb/s短延時(shí)碼本激勵(lì)線性預(yù)測編碼（LD-CELP）。此外還有一些政府和組織制定的語音標(biāo)準(zhǔn)，例如用于西歐數(shù)字移動(dòng)通信的13kb/s具有長時(shí)預(yù)測規(guī)則碼激勵(lì)（RPE-LPT）的線性預(yù)測方案，北美數(shù)字移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)8kb/s矢量和激勵(lì)線性預(yù)測（VSELP）方案等。1999年歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）推出了基于碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼（CELP）的第三代移動(dòng)通信語音編碼標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)多速率語音編碼器（AMR），其中最低速率為4.75kb/s，達(dá)到通信質(zhì)量。1995年ITU公布G.723.1，編碼算法有兩種，5.3kb/s的ACELP和6.3kb/s的MP－MLQ算法，主要用于IP電話。1996年ITU公布了G.728 8kb/s的CS－ACELP算法，可以用于IP電話、衛(wèi)星通信、語音存儲(chǔ)等多個(gè)領(lǐng)域。目前，ITU正在致力于制定4kb/s的語音編碼國際標(biāo)準(zhǔn)，該算法將達(dá)到長途質(zhì)量。針對(duì)一些特殊應(yīng)用，如保密通信、軍用通信、應(yīng)急通信等，許多國際組織、國家也研制了各種不同速率的語音壓縮編碼速率，例如美國政府為保密通信用開發(fā)的2.4和1.2kb/s MELP算法。我國近幾年也研制了0.6、1.2、2.4kb/s及其它速率語音壓縮編碼算法，達(dá)到并且超過了國外同速率編碼的質(zhì)量。

DSP在近20年內(nèi)一直在高速發(fā)展，運(yùn)算能力不斷提高，片上資源和接口更加豐富，而單位運(yùn)算所需功耗不斷降低。下面給出幾個(gè)主要廠家的DSP產(chǎn)品。

TI的DSP主要有四大系列：

C5000系列（定點(diǎn)，低功耗）：適合

個(gè)人與便攜上網(wǎng)及無線通信應(yīng)用。80－400MIPS。

C2000系列（定點(diǎn)，控制器）：針對(duì)
控制進(jìn)行優(yōu)化的DSP。

C6000系列（高性能）：適合寬帶
網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字影像應(yīng)用。

OMAP系列（雙核芯片）：適合低
功耗移動(dòng)設(shè)備和多媒體PDA。

ADI的DSP主要有四大系列：

21xx系列：16定點(diǎn)DSP，內(nèi)部REM
大，外圍接口多，適合作為控制類芯片使用。

SHARC系列：32位浮點(diǎn)DSP，21160 21161提供與大內(nèi)存容量結(jié)合的簡單浮點(diǎn)算法，具有高水平的浮點(diǎn)性能。

TigerSHARC系列：比SHARC具
有更高的浮點(diǎn)運(yùn)算功能TS101，TS201

Blackfin系列：高性能16位DSP
信號(hào)處理與通用微控制器易使用的性能結(jié)合。

Motolora的DSP：

DSP56800,16BIT定點(diǎn)DSP，通用型DSP。

DSP563XX,24bit定點(diǎn)DSP, 通用型DSP。

本文將介紹使用TI公司C5000系列實(shí)現(xiàn)ITU-T G.729A 8kb/s CS-ACELP語音壓縮編碼算法，并對(duì)TI公司的TMS320C54x系列DSPITU-T G.729A語音編碼算法做簡單介紹，以及軟件編程、調(diào)試和實(shí)現(xiàn)結(jié)果。

圖1 C54xDSP結(jié)構(gòu)框圖（略）


TMS320 C54x系列DSP芯片簡介及硬件設(shè)計(jì)

TMS320 C54x系列DSP芯片是使用靜態(tài)CMOS技術(shù)制造的。其方框圖見圖1，從圖中可以看出C54x系列DSP芯片具有以下功能單元：

總線

C54x共有八條總線分別是：

PB： 程序讀取總線
CB： 數(shù)據(jù)讀取總線1
DB： 數(shù)據(jù)讀取總線2
EB： 數(shù)據(jù)寫入總線
PAB： 程序讀取地址總線
CAB： 數(shù)據(jù)讀取地址總線1
DAB： 數(shù)據(jù)讀取地址總線2
EAB： 數(shù)據(jù)寫入地址總線

中央處理器（CPU）

CPU由以下幾個(gè)部件組成：

先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)： 包括三個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和一個(gè)程序總線

40位的算術(shù)邏輯單元： 包括一個(gè)40位移位器和兩個(gè)獨(dú)立的40位累加器

17bit 17bit的并行乘法器同一個(gè)專用的加法器相配合： 用來執(zhí)行不經(jīng)流水線的單周期乘加（MAC）運(yùn)算

指數(shù)譯碼器： 可以在一個(gè)周期里計(jì)算出一個(gè)40位累加器的指數(shù)值

兩個(gè)地址生成器： 包括8個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元

程序控制器： 對(duì)指令進(jìn)行解碼、管理流水線和程序流程

片上存儲(chǔ)器

C54x共有192K字的尋址能力（64K字的程序區(qū)，64K字的數(shù)據(jù)