基于DSP的G．729语音编解码器设计

摘要：设计了基于DSP的G．729语音编解码器，并针对G．729算法标准源码代码效率低、执行时间长的不足，从算法精简、代码优化等方面进行了优化。优化后的算法在保证了高质量语音输出的同时，提高了编码效率，实现了对语音信号的实时处理。最后对系统性能进行了测试，结果满足设计要求。
关键词：G．729；DSP；语音编码；算法优化

0 引言
语音信号处理是现代通信研究的重要内容之一，语音压缩编码作为其关键技术，如今已得到了极大的发展。G．729是国际电信联盟(ITU)于1996年提出的采用共轭结构代数码激励线性预测(CS-ACELP)的语音编码算法，由于其具有低速率、低延时、高质量等优点，被广泛应用于数字通信系统，如IP电话、视频会议、移动通信等。数字信号处理器(DSP)价格低廉，并具有强大的运算能力，用它来实现G．729算法具有很大的现实意义。近年来，国内外研究基于DSP的G．729语音编码算法的学者很多，但随着无线通信系统用户越来越多，以及DSP在结构、性能上的巨大变化，怎样使该算法在DSP上最高效的实现，依然是一个很重要的课题。
本文首先对G．729算法进行了分析，然后结合DSP的特点，分别进行了系统的硬件和软件设计。该系统不但满足G．729算法要求，还可以作为其他语音编译码平台；在此基础上，本文针对ITU提供的标准源码代码效率低、执行时间长等不足，提出了算法的具体优化技术，并对优化结果进行了比较分析。结果表明，优化后的算法在保证语音质量的同时，提高了编码效率，实现了对语音信号的实时处理。

1 ITU-T G．729原理分析
ITU-T G．729算法以自适应预测编码技术为基础，采用矢量量化、合成分析和感觉加权等技术。其编码速率达到8 Kb／s，合成语音质量不低于32 Kb／sADPCM的水平。
该算法要求输入信号为8 kHz取样、16 b线性PCM信号。在编码器端，每80样点为一帧(每帧再分为两个子帧)，分析并提取语音信号各种参数(LPC滤波器系数、自适应码书和固定码书的编号、自适应码字增益和固定码字增益)，把这些参数进行80 b编码发送。
在解码端，把收到的比特流恢复成参数编码，解码后得到各个参数，用自适应码书编号从自适应码书中得到自适应码字，用固定码书编号从固定码书中得到固定码字，分别乘以它们的增益，按点相加后构成激励序列。激励LPC综合滤波器重构语音(综合滤波器由LPC系数构成)。重构语音信号在输出前经过后置处理，包括长时后置滤波、短时综合滤波和高通滤波。

2 系统硬件设计
系统硬件结构图如图1所示。其中DSP芯片采用TI公司的TMS320VC5416，音频接口采用16位音频编解码芯片TLV320AIC23，SRAM和FLASH分别采用芯片CY7C1041CV33和SST39VF400。此外，系统还配有电源芯片、电压转换芯片、CPLD(EPM3128ATC100)等。

系统编码流程为：由音频接口芯片TLV320AIC23将模拟信号转换成8K×16 b／s的数字信号，采样后的数字信号通过多通道缓冲串口McB-SP0传送到DSP的内部缓冲区，当缓冲区内的数据积累到一帧(80×16 b)时启动编码程序，编码完成后将8 Kb／s的压缩码流通过数字接口(Mc-BSP2)输出至信道。
系统解码流程为：由McBSP2将信道发送来的数字码流接收至DSP的内部接收缓冲区，然后经DSP进行解码处理，解码后的数字语音通过Mc-BSP0发送给TLV320AIC23，经过D／A转换恢复出原始语音信号。由此，该系统最终实现了语音的采集、编码、发送和接收、解码、播放的功能。