摘要：G.729.A在TMS320C6201DSP上的實(shí)現(xiàn)方法及提高G.729.A編碼器的運(yùn)行速度的優(yōu)化方法和編程技巧。并介紹了該編碼器的測試結(jié)果。

    關(guān)鍵詞：ITU-T G.729.A IP電話 編碼器

最近幾年，IP電話技術(shù)突飛猛進(jìn)，已從當(dāng)初PC到PC的機(jī)連接方式發(fā)展到IP電話網(wǎng)關(guān)方式，通過IP電話網(wǎng)關(guān)可以將PBX與因特網(wǎng)連接起來，從而實(shí)現(xiàn)普通話機(jī)通過因特網(wǎng)進(jìn)行通信。因此，IP電話網(wǎng)關(guān)是近年來計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域中研究的一個(gè)熱點(diǎn)。IP電話網(wǎng)關(guān)的一個(gè)最主要性能指標(biāo)是它的處理密度（即能同時(shí)算是的話路數(shù)）。而IP電話網(wǎng)關(guān)的處理密度主要取決于它所使用的語音編解碼器處理一幀數(shù)據(jù)的延遲大小。目前，IP電話所遵循的標(biāo)準(zhǔn)是H.323，而H.323標(biāo)準(zhǔn)首選語音編碼器是ITU-T G.729.A。ITU-T G.729.A是用于語音和其它聲音信號(hào)的壓縮編解碼算法建議，它是G.729的簡化版本，編碼速率為8Kbps，并且有很高的語音質(zhì)量。但是，該編碼器的算法復(fù)雜，一幀語音的處理延遲較大，在很大程度上影響IP電話網(wǎng)關(guān)的處理密度。因此，為了提高IP電話網(wǎng)關(guān)的處理密度，本文在實(shí)現(xiàn)ITU-T G.729.A語音編解碼器時(shí)，采用了目前性能最好的DSP，即TMS320C6201；針對(duì)TMS320C6201并行性和流水等特點(diǎn)，深入研究了在TMS320C6201上實(shí)現(xiàn)G.729.A的編解碼器的編程技巧；歸納出一系列減少編解碼器處理延遲的優(yōu)化方法。采用這些優(yōu)先方法和編程技巧，可以將ITU-T G.729.A的每幀編碼運(yùn)行時(shí)間減少到0.47毫秒（按TMS320C6201工作在200MHz計(jì)算），從而可以實(shí)現(xiàn)單片TMS320C6201能同時(shí)處理20路路語音。這一指標(biāo)已到達(dá)了國際上最先進(jìn)的水平；而且，該編解碼器已成功地運(yùn)用在筆者開發(fā)的IP電話網(wǎng)關(guān)中。

1 G.729.A編解碼器的算法

1.1 編碼算法

ITU-T G.729.A標(biāo)準(zhǔn)采用一種稱為"共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼本激勵(lì)線性預(yù)測"（Conjugate Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction,CS-ACELP）算法來對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行編碼。

在開始編碼之前，先要對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行電話帶濾波，然后以8kHz頻率對(duì)其進(jìn)行采樣，再將其轉(zhuǎn)換為16位線性PCM碼，作為編碼器的輸入。

編碼器處理語音的單位是幀，1幀為10毫秒語音，包括80個(gè)聲音樣本（采樣頻率為8kHz）。編碼器對(duì)每一幀語音信號(hào)進(jìn)行分析，抽取出其中的CPLD模型的參數(shù)（線性預(yù)測濾器參數(shù)），自適應(yīng)和固定碼本索引和增益），對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行編碼和傳送。其編碼過程如圖1所示。

在預(yù)處理階段，輸入信號(hào)經(jīng)高通濾波并乘以比例因子，然后對(duì)每一幀預(yù)處理之后的信號(hào)進(jìn)行一次線性預(yù)測分析，計(jì)算出線性預(yù)測濾波器系數(shù)，其中，線性預(yù)測濾波器系數(shù)定義為：。這些系數(shù)被轉(zhuǎn)化成線譜對(duì)（LSP，Line Spectrum Pairs）并用可預(yù)測二階矢量量化法量化成18位。使用合成分析搜索過程選定激勵(lì)信號(hào)，使得原始信號(hào)和重構(gòu)信號(hào)之間的誤差在感覺加權(quán)失真測量中最小。

對(duì)每個(gè)子幀（5毫秒，包括40個(gè)樣本）求出其激勵(lì)參數(shù)（固定和自適應(yīng)碼本參數(shù)）。本幀的量化和未量化的線性插值系數(shù)。每一幀根據(jù)感覺加權(quán)語音信號(hào)估計(jì)出開環(huán)基音延遲。多面手對(duì)每一子幀進(jìn)行以下操作：將線性預(yù)測殘差通過加權(quán)合成濾波器的沖擊響應(yīng)h(n)，使用目標(biāo)信號(hào)x(n)和沖擊響應(yīng)h(n)在開環(huán)基音延迂回通過周圍搜索，并進(jìn)行閉環(huán)基音分析（得出自適應(yīng)碼本延遲和增益）。第一個(gè)子幀的基音延遲編碼為8位，第二個(gè)子幀采用差分方法編碼為5位。通過減去（濾波后的）自適應(yīng)碼本貢獻(xiàn)來更新目標(biāo)信號(hào)x(n)，新目標(biāo)x'(n)在固定碼本搜索中使用以找到最優(yōu)激勵(lì)。固定碼本激勵(lì)使用一個(gè)17位的代數(shù)碼本。自