基于DSP的G.729算法优化实现

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G.729语音编码算法研究及基于DSP的实现

中图分类号：ＴＮ９９８１．文献标识码：Ａ
Ｒｅｓａｒｈｏ．２ｅｃｆＧ７９ＶｏｉｅＯｏｅｉｇＡｌｏｒｔｍｎｍｐｌｍｅｔｔｏｓｃｄｎｇｉｈａｄＩｅｎａｉｎＢａｅｄｏｎＤＳＰ
自
Ｇ．２７９语音编码算法研究及基于ＤＰ的实现Ｓ
杨贵新谷志锋，
（．中国电子科技集团公司第五十四研究所，１石家庄００８；．军械工程学院）５０１２
摘要：对Ｇ．２７９语音编解码算法的原理进行了简要分析，并提出了一种基于ＤＳＰ芯片ＴＭＳ２ＶＣ５Ｏ的语音编解码算３Ｏ５ｌ法的实现方法。针对算法特征及体系结构的特点，出了一些有效的优化措施。实验结果表明，算复杂度大大降低，提运且在语音的编解码压缩过程中具有很好的重建效果。关键词：ＴＭＳ２ＶＣ５１语音编解码；７９算法；化权残差信号均方差最小的原则确定激根
励信号及其增益。误差加权滤波器也是根据预测分析所
得的ＬＣ信息构造的。Ｐ基音分析模块通过自相关分析推得基音周期，此信据息搜素自适应码本，定最佳自适应码本矢量，到语音确得中具有准周期特性的激励；后再搜素固定码本，据最然根

基于DSP的G.729语音编解码算法的优化

ＡＣＬ）ＥＰ。其编码速率为８ｂｓｋｐ，可以满足网络通信的要求，具有良好的语音质量，对不同的应用环境有较强的
适应性，是一种性能较好的语音压缩国际标准，被广泛
应用在个人移动通信、卫星通信等各个领域。
２Ｇ．２７９编解码算法的原理
带宽滤波，然后以８ｋＨｚ的频率对其进行采样，再将其转换为１６位线性ＰＣＭ码作为编码器的输入。语音信号先进入预处理模块，经过高通滤波和信号
收稿日期：０ —０ — ２６７１０４
为ＬＰ参数，利用预测式两级矢量量化将其言
随着多媒体信息技术和网络技术的飞速发展，信息量快速增长，信道资源显得越来越宝贵。为了在有限的
信道资源下传输尽可能多的信息，语音压缩就成为了必
要的手段。ＩＴＵ组织（国际电信联盟）ｌ９在６年制定了Ｇ．９７９协议，即共轭结构码激励线性预测编码算法（２ＣＳ—
ＯｐｉｚｔｎｏｅＧ．２ｅｃｄｎｇｒｈｔａｉｆｈ７９ＳｐｅｈＣｏｉｇＡｌｏｉｍｍｉｏｔｔ
ＢｓｄｏａｅｎＤＳＰ
Ｌａ —，ＨＡＮＧｎＩＱｕｎｌＺｉＭｉｇ
（ｒｉｌｅｓｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙＨａｂｎ１０８，ｈｎ）ＨａｂｎＵＩＶｒｉｆｉｅａｄＴｃｎｌｇ，ｒｉ５００ＣｉａｉＳｎ
２１语音编码原理．
图１Ｇ．２为７９语音编码器的原理图。
图１Ｇ．２语音编码器原理图７９

基于DSP的G.729算法优化实现

Implementation of G.729 Algorithm Based on Tms320Vc5402 Dsp Communication System 作者：张正文;张永杰;王耿
作者机构：湖北工业大学电气与电子工程学院,湖北武汉430068
出版物刊名：湖北工业大学学报
页码： 31-33页
年卷期： 2012年第2期
主题词： TMS320VC5402;G.729算法;TLV320AIC23
摘要：介绍了以TMS320VC5402为核心的DSP实时编解码系统的软、硬件结构,着重介绍了语音采集芯片TLV320AIC23芯片与DSP接口设计,并对G.729编解码算法原理及程序给出了优化方案.经实验验证,该系统可以进行语音编解码并还原回放重建语音,对重建语音与原始语音进行对比,验证优化后算法的正确性及可移植性.。

基于DSP的G.729语音编解码算法研究及实现

基于DSP的G.729语音编解码算法研究及实现语音编码的基本特点就是在给定编码速率的条件下得到尽可能好的重建语音信号,并且实现尽可能小的编解码时延和适当的运算复杂度。

ITU-T公布的G.729是一种基于共轭结构——代数码激励线性预测(CS-ACELP)的低速语音编解码算法,由于具有良好的合成语音质量、复杂度适中、时延较低等优点,己被广泛应用在VOIP网关、IP电话中,成为了语音通信中最主要的编码算法之一。

本论文首先介绍了低速率语音编码技术的基本原理,系统地阐述了G.729语音编解码标准,从原理上分析了算法中的关键技术(包括线性预测、矢量量化、码书搜索及后置滤波技术等),并对G.729语音编解码器进行了深入分析研究。

在熟练掌握G.729标准C源代码的基础上,提出了以长城嘉信公司的TMS320C5416 EMV 板为硬件平台,有效实现G.729编解码器的方法。

在保证合成语音质量的前提下,通过对ITU提供的参考代码的算法结构进行详细的分析后,对其进行了算法优化和代码精简;将改进后的代码移植到
TMS320C5416 EMV板后构成了G.729编解码器系统,实时实现了语音的编解码功能。

利用CCS自带的代码性能分析器profiler对优化后的代码进行了测试,结果表明优化后的算法复杂度完全能在单片C5416上执行。

测试结果表明通过在此系统上完成的G.729编解码后输出的再生语音的自然度、清晰度和可懂度都很好,与原始语音质量接近;且再生的语音信号与原始语音信号波形相比没有出现严重失真,基本保持了原始信号的全部信息量。

基于DSP的G.729协议的优化及实现

基于DSP的G.729协议的优化及实现这些年来，话音压缩算法因为多媒体通信的发展，它的作用也随之更加重要。

国际电信联盟（ITU）在一九九六年推出了G.729语音压缩协议，它的优点是语音质量高，延迟小以及稳定性好，可用于数字语音通信领域，所以研究该算法并使之有效可靠地应用到实际生活中是很有价值的。

ITU-T提供的源码效率不高且有冗余存在，所以有必要进行优化。

此外，该算法本身的复杂度较高，虽然目前专用的DSP芯片的处理能力较高，但是若能提高该算法的运行效率，降低运算量，使G.729算法能够流畅的运行在终端设备中，或者在相同的运算量的情况下使语音质量有所提高，对该算法进行优化也是必要的。

本文主要研究基于可编程TMS320VC5509DSP芯片的G.729标准编码算法的IP语音终端的硬件设计和算法优化的一些实现方案。

本文首先简单的说明了语音编解码技术的发展概论、种类、标准以及趋势。

其次详细介绍了G.729编解码技术的原理，在此基础下具体阐述了基于高性能DSP的语音编码终端系统的实现方法，接着论述了对G.729进行优化的必要性，在此基础上研究了G.729协议，并对它的算法进行相关优化，改进了矢量量化的算法，减小了矢量码本搜索的复杂度，使矢量码本搜索的速度得到加快；改进了固定码本搜索算法，压缩了传输带宽，并且固定码本搜索的复杂度也得以降低。

本文对改进后的语音质量进行验证是通过MATLAB软件做仿真的，对语音质量进行测试利用的是MOS评测法。

不论是MATLAB的仿真结果还是MOS的得分结果都表明，本文优化后的算法编码器不但能降低算法复杂度，而且其输出的重建语音质量仍满足系统的要求，实现了预期的目标。

在本文的最后，对本文作了总结和展望，与此同时还说明了下一步要完成的工作。

用DSP实现G.729.A语音编／解码器算法

速度最快的定点数字信号处理器，Ｔ３０６０ＳＭＳ２Ｃ２１ＤＰ采用ＶＵＷ（ｅｙＬｎｎｔｃｉＶｒｏｇＩｓｕｔｎｒｏ
引中得出一帧语音的编码器参数，包括ＬＰ系数、２个部分基音延迟、２个固定码本向Ｓ量、２套自适应和固定码本延迟，这些参数被用来生成激励信号并合成滤波器参数。ＬＰＳ系数经插值后，形成每个子帧的ＬＰ滤波器。然后，对每个子帧进行如下处理：
平台和软件设计，以及提高Ｇ．９Ａ编码器的运行速度的优化方法和编程技巧。７．２
关键词：ＲＣＭ
编／解码器ＣＬ语音压缩ＥＰ
１引言
Ｇ７９语音压缩采用的算法是共轭结构的代数码激励线形预测ｆＳＣＬ）．２ＣＡＥＰ．是基于ＣＬＥＰ编码模型的算法，它将６ｋｐ４ｂｓ的ＰＭ信号压缩到８ｂｓＣｋｐ，是当前较新的语音压缩国际标准。其简化方案Ｇ７９．Ａ进一步降低了计算的复杂度。由于Ｇ．９和Ｇ７９Ａ具有非２７２．２．常好的性能，在良好的信道条件下能够实现很高的语音质量ｆ长话音质）和很低的算法延时，在有随机比特误码、发生帧丢失和多次转接等情况下有很好的稳健性．被广泛地应用于数据通信的各个领域，如ＩｈｎＰｐｏｅ和Ｈ３３系统等。．２

G.729语音编码及在DSP上的实时实现

１２解码算法．
图１７９编码算法结构Ｇ．２
Hale Waihona Puke 首先从接收到的码流中提取参数序号．解码这些序号得到
ｌｒｓ音帧对应的编码参数。些参数是ＬＰ参数，个分数Ｏ语ｅ这Ｓ两基音延时。两个固定码本矢量与两组自适应和固定码本增益，每子帧ＬＰ参数被内插并转换为ＬＳＰ滤波器系数，然后以每５子帧为单位合成语音。成步骤如下：）自适应和固定码ｍｓ合（１本分别乘以各自的增益加起来构成激励；）激励Ｌ（２Ｐ合成滤
标准，对输入的模拟语音信号用８Ｈｚｋ采样。６ｉ线性ＰＭ１ｂｔＣ量化。Ｃ－ＥＰ是基于码激励线性预测（ＥＰ￣编码模式，ＳＡＣＬＣＬ）每８０个样点为１个语音帧。对语音信号进行分析并提取各种
参数ｆ性预测滤波器系数、线自适应码本和固定码本中码本序号、自适应码矢量增益和固定码矢量增益）对其进行编码并发，
【要】文章通过对Ｇ７９摘．语音编２码算法和定点数字信号处理芯片Ｔ３０Ｃ４６研究。ＭＳ２Ｖ５１的重点介绍７＂ｍＤＰ－４．Ｓ－￣
对Ｇ７９．语音编码进行实时处理的实验，２并对程序进行优化。结果表明，到了预期的８ｂｓ得／的低码速率、的算法时延。Ｋ较低

基于通用DSP的G.729语音编解码算法的实现与优化

基于通用DSP的G．729语音编解码算法的实现与优化
随着IP技术的不断发展,VOIP即IP语音技术,在近年来得到了广泛的应用,并受到越来越多人的青睐。

语音编码算法是IP电话的关键技术之一。

ITU-T G.729语音压缩编码标准是目前应用广泛的VOIP语音数字信号处理标准。

该标准以线性预测和矢量量化算法为基础。

根据该标准的算法得到的语音编码能在降低语音码率的同时获得较好的语音质量。

DSPs以其极高的运算速度获得了越来越广泛的应用,并在技术上不断取得突破。

本课题以语音编码、ITU-T G.729语音编码标准、数字信号处理器
TMS320C6711为理论和硬件基础,研究G.729语音压缩编码算法和该算法的DSPs 实时实现。

通过对各种优化手段的研究和应用,最终实现了对G.729语音压缩编码算法的移植与优化,并在Simulator和DSK上实现了算法的实时仿真和硬件实验。

通过仿真和实验,也验证了G.729的可行性和其低码率、高音质的特点。

基于DSP的G.729A编解码的实时实现

维普资讯
第２８卷第１Ｏ期
２００７年１Ｏ月
仪器仪表学报
ＣｉｅｅＪｕｎｌｆＳｉｎｉｃＩｓｕｎｈｎｓｏｒａｃｅｔｎｔｍｅｔｏｉｆｒ
Ｖ０＿８Ｎｏ１ｌ２．００ｃ．２０ｔｏ７
编解码功能。实验结果表明该方法是有效和可行的。
关键词：实时语音信号处理；７９Ｇ．２Ａ语音编解码器；ＳＤＰ处理器；Ｉ２；ＢＰＡＣ３ＭｃＳ
中图分类号：Ｎ１Ｔ９文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：１５０
基于ＤＳＰ的Ｇ．２Ａ编解码的实时实现７９
周长林，肖赣峰，王玉东
（信息工程大学理学院郑州摘４００）５０１
要：针对实时语音信号的处理和应用，出了基于可编程ＤＰ芯片和算法的实现方案。分析Ｇ．２Ａ编码和解码算法的提Ｓ７９
ｃｎｅｓｏｒｃｓｉｇｉｏｔｏｌｄ，ａｄＧ．９ｅｃｄｉｇａｄｄｃｄｎｇａｇｒｔｍｒｇａｅｏｔｚｄｏｖｒｉｎｐｏｅｓｎｓｃｎｒｌｅｎ７２Ａｎｏｎｎｅｏｉｌｏｈｐｏｒｍｓａｐｉｅ。Ｔｈｏｇｉｒｍｉｒｕｈｄｂｇｉｇ，ｔｅｐｅｃｉｎｌａｌｎｅｕｇｎｈｓｅｈｓｇａｓｍｐｉｇ，ｐｌｙａｄｅｏｉｇｅｏｉｇｆｃｉｎｅｅｌｚｄ．Ｅｘｅｍｅｔｌｅｕｔａｎｎｃｄｎ／ｄｃｄｎｕｎｔｏｓａｒａｉｅｒｐｒｎａｒｓｌｓｉｓｏｔａｉｉｙａｄｆａｉｌｔｆｔｅｐｏｏｅｔｏｈｗｈｅｖｌｔｎｅｓｂｉｙｏｈｒｐｓｄｍｅｈｄ．ｄｉ

G.729语音编解码及其在DSP上的实现

带滤波，后以８０Ｈ然００ｚ的频率进行采样，接着将采
速率、较低的延迟和高编码语音质量。近年来，高速数字信号处理器的发展使Ｇ７９这类复杂的编解码．２器的实现与实际应用成为了可能。
目前已经在芯片Ｔ３Ｏ６ｌＭＳ２Ｃ７１上实现了Ｇ．９７２
ｓｆｒｅｉｎｏｅｓｅｃｏｅｏＭＳ２Ｃ７ｃｉ，ｃｏｄｎｅｃａａｔｒｅａｇｒｍｄＤＳ．ｏｔｅｄｓｆｐｅｈｃｄｎＴ３０６１ｈｐａｃｒｉｇｔｔｈｃｅｏｔｏｔｗａｇｈｔ１ｏｈｒｓｆｈｌｉｈｎａＰＴｅｒｓｌｈｗｔａｅｓｓｅＣｒｄｃＨｓｅｃｕｉ，ｄＣｅｗｉｅｙｕｅｅｄｇｔｌｏｃｔｒｇｈｕｔｓｏｔｈｔｍａｐｏｕｅｔ－ｐｅｈｑａｔａａｂｄｌｓｄｉｔｉｉｉｅｓｏａｅｅｓｈｔｙｎｏｌｙｎｎｎｈａｖ
基础上，详细阐述了在１公司Ｔ３０６１ＳｒＩＭＳ２Ｃ７１Ｐ上实现了对语音信号的编解码的软、Ｄ硬件的设计方案。
结果表明该系统语音质量良好，可应用于语音存储、网络多媒体通信系统等领域。
关键词：Ｍ３０６Ｇ７９算法ＴＳ２Ｃ７．１１２
的全部功能，使得单片Ｔ３０６支持Ｇ７９全ＭＳ２Ｃ７１１．２双工全部选项。
１７９编解码器概述Ｇ．２
样值转换为１ｂ的线性ＰＭ信号输入到编码器进６ｉｔＣ

基于TMS320VC5509 DSP通信系统的G.729算法实现

ＡｂｔａｔＩｒｅｏｒａｉｅｔｅｌｗｂｔｒｔｒｎｆｒｔｎａｄｓｏａｅｏｅｓｅｃｉｎｌｈｉａｅｎｒ — ｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｅｌｈｏｉａｅｔｓｏｍａｉｎｔｒｇｆｔｐｅｈｓｇａ，ｔｓｐｐｒｉｔｚａｏｈｏｄｃｓｌｆａｕｅａｄａｉｐｒｃｐｅｏｔｅｕｅｔｅｅｔｒｓｎｂｓｃｉｉｌｓｆｌＧ．２ａｇｒｔｍｗｈｃｉｐｏｏｅｂＩ．Ａｎａ１ｎ１７９ｌｏｈｉｉｈｓｒｐｓｄｙＴＵｄＴＳ２５０Ｍ３０Ｃ５９一ｃｎｅｅｅｌ— ｔｏｎｄｄｃｉｇｓｓｅｉｌｏｄｓｕｓ．Ｔｈｍｐｅｎａｉｎｏｅｔｒｄｒａｉｍｅｃｄｉｇａｅｏｎｙｔｍｓａｓｉｃｓｅｎｄｄｅｉｌｍｅｔｔｏｆｈｒｗａｅａｄｓｆｒｆｔｅｒａ — ｔｖｔｍｒｅｃｉｅｎｄｔｉ．Ｔｉｅｌｔｏａｄｒｎｏｔｅｏ１ｌｉｗａｌｅｍｅｓｓｅａｅｄｓｒｄｉｅａｌｈｓｒａ — ｉｃｍｍｕｉａｉｎｓｓｅｂｍｅｎｃｔｙｔｍｏ
该实时通讯系统通过附加通讯模块可以与其它不同类型的系统互连，实现语音的实时通讯。
关键词：Ｇ．２７９；ＤＰＳ；编解码器；ＣＬＥＰ
ＩｐｅｅｔｔｏｆＧ．２ｌｏｉｈａｅｎｍｌｍｎａｉｎｏ７９ａｇｒｔｍｂｓｄｏＴＭＳ２ＶＣ５０Ｐｅｍｍｕｉａｉｎｓｓｅ３０５９ＤＳｏｎｃｔｏｙｔｍ

DSP实现G_729语音编解码的方法及关键技术研究

2005年第7期信息技术Information Technology中图分类号:TN912.3 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2005)07-0029-03DSP实现G.729语音编解码的方法及关键技术研究王虹,陈锴(武汉理工大学信息工程学院,武汉430063)摘要:介绍了I TU-G.729语音压缩标准的编、解码原理,提出了一种基于DSP的软、硬件设计方案,并着重讨论了在实现过程中的几项关键技术。

关键词:语音编码;语音解码;DSPSpeech encoding and decoding method in G.729based on DSPWANG Hong,CHEN Kai(School of Inform ation Technology,WTU,Wuhan430063,China)Abstract:This paper introduces the principle of the encoding and decoding in G.729speech compressing standard.A kind of hardware and software sche me of speech encoding and decoding based on DSP is present-ed.And some key techniques for real-time implementation are discussed.Key w ords:speech encoding;speech decoding;DSP0 引言随着多媒体信息技术和网络技术的飞速发展,人们可利用的信道资源越来越多。

但无论如何信道资源的增长速度,比不上信息量的增长速度。

为了用尽量少的信道资源传输尽可能多的信息,是现代多媒体网络通信的基本要求,其中信息的压缩就显得尤为重要。

国际电信联盟(I TU)1996年推出的G. 729建议,即共轭结构的算术码本激励线性预测(CS ACELP)编码方案,是一种很好的中低速率语音编码方案,具有语音质量高、低延时和稳定性好的优点,可用于数字语音通信领域,具有很高的研究价值。

基于DSP的G.729语音编解码器设计

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。

基于DSP的多码率多通道语音编解码算法G729I研究与实现

1引言随着多媒体信息技术和网络技术的高速发展数字语音压缩技术的应用领域越来越广泛为了在保证语音质量的前提下尽可能降低编解码率以便于在有限的传输带宽内让出更多的信道来传输图像\文档\计算机文件和其它数据流国际电信联盟0ITU-T 0于1996年3月推出了G.729建议的采用共轭结构代数码激励线性预测0CS-ACELP 0语音编码方案0这种方案将波形编码与参数编码结合起来兼顾了传输速度与语音质量的要求在4~16Kb /S 传输速率上能达到高质量的语音且在8Kb /S 码率下合成音质不低于32Kb /SADPCM 的水平0不过G.729方案虽然能在中低速率上达到较好的合成语音质量但计算复杂度较高数据存储量大这使得在理论上性能良好的语音编码方案在实际应用中还存在许多困难0因此基于多通道的语音编解码的实时实现一直是有待研究的课题02G.729编解码算法原理ITU-T 描述的8kb /S 速率声码器协议G.729 所选帧长为10mS (80个抽样0 每一帧分成等长的两个子帧0算法采用分析合成法编码器对输入的语音信号先进行预处理然后进行10阶LPC 分析将得到的LPC 参数转化为LSP 参数进行矢量量化9再对编码端得到的激励信号通过综合滤波器后得到合成语音信号将合成语音信号与原始语音相减得到残差信号9对残差信号进行感觉加权然后进行基音分析\码本搜索并分别求得自适应码本增益和固定码本增益9最后对各个参数进行编码0编码器端需要传输的参数有 LSP 参数\自适应码本标志及其增益\固定码本标志\固定码本标志及其增益0解码器则先对比特流分别进行解码把解码得到的自适应和固定码本矢量分别乘以各自的增益后相加得到激励信号然后经过综合滤波器得到合成的语音信号最后再经过后处理增强语音0图1为G.729CS-ACELP 解码器算法的原理框图0图1G.729CS-ACELP 解码原理框图基于DSP 的多码率多通道语音编解码算法G.729I 研究与实现曹雪松蒋征胡瑞敏(武汉大学多媒体网络通信工程湖北省重点实验室1武汉430079)E-maiI *********************摘要在多媒体处理芯片VFAST 开发平台上1快速实现了G.729I 语音解码器O 首先1根据G.729I 多码率编解码算法的要求1介绍了VFAST 适合音视频开发的特点及其开发环境;然后1将解码算法移植到VFAST 平台并进行大量的优化1给出针对不同模块的优化策略O 由实验结果可知1使用论文给出的优化算法1可在VFAST 上快速实时实现G.729I 解码器1在单片VFAST 上可以全双工实时处理13路语音信号1满足语音实时通信的要求O 关键词G.729I 语音解码器VFAST VP6SIMD文章编号1002-8331-(2005)13-0081-04文献标识码A中图分类号TP311Research &Implementation of Multi-Rate and Multi-channelSpeech Decoder Algorithm G.729I Based on DSPcao Xuesong Jiang Zheng Hu Ruimin(The Key Lab of MuItimedia &Network Communication EngineeringWuhan UniverSity Wuhan 4300790AbstractA reaI-time G.729I Speech decoder iS propoSed baSed on media proceSSor VFAST.FirStIy according to thereguirement of G.729I decoder aIgorithmS the propertieS of VFAST are introduced.Then to repIant and optimize program the optimization methodS for reIevant moduIeS are preSented.FinaIIy the experimentaI reSuItS Show that the reaI-time G.729I decoder can be reaIized on VFAST uSing propoSed aIgorithmS and the number of channeIS provided by one chip of VFAST can reach aS high aS 13 and entireIy fuIfiI the demand of reaI-time voice communicationS.Keywords G.729I Speech decoding VFAST VP6 SIMD基金项目!国家自然科学基金(编号 602720970作者简介!曹雪松硕士研究生主要研究方向多媒体信息处理0蒋征(1979-0 硕士研究生主要研究方向多媒体信息处理0胡瑞敏教授博士G.729A是G.729的简化版本9与G.729相比9G.729A在感觉加权\开环基音分析\闭环基音搜索\固定码本搜索和后处理中进行了简化处理0在保持G.729码流兼容的同时降低复杂度到50%9同时也能保持良好的语音质量0G.729B是G.729的变速率版本9提供了静音压缩框架9它主要是通过活动语音检测VAD技术对语音和噪声进行分类9采用非连续传输DTX算法和舒适噪声填充CNG算法对无声信号进行处理9从而达到降低平均速率的目的9G.729B的平均速率为4kb/s0G.729D是G.729的低速率扩展版本9G.729D采用小容量的自适应码本9在码本结构\增益量化\第二子帧基音延时\后处理等方面进行了改进9算法速率降为6.4kb/s9语音质量下降很少0G.729E是G.729的高速率扩展版本9G.729E采用了前向/后向LP分析混合结构9在前向模式下采用了较大容量的自适应码本9在后滤波\感觉加权\码本结构等也进行了改进9算法速率为11.Skb/s0 G.729I则是支持以上三种码率及静音帧的统一的语音编解码方案03Leadtek VFAST芯片开发环境3.1VFAST芯片的结构特点VFAST是丽台公司为实现音视频的实时通信而设计的一种数字信号处理芯片0VFAST为上下位机结构的DSP0主要由七大模块组成9有VP Vision Processor处理器9MIPS-X39视频接口9哈夫曼处理器和总线控制器等0片内有32Mbyte闪存FLASH9SMbyte的DRAM和1Mbyte的SRAM0中央处理器MIPS-X3是一个32位的RISC Reduced In-struction Set Computer处理器9起到了整个VFAST的CPU的作用9主频为S0MHZ0MIPS往往用来实现高层应用控制的算法9并负责系统的调度0从处理器VP是计算核心部件9是一个高速并行的计算部件9用于处理程序中运算相对集中数据处理的部分0VP采用的是SIMD Singie Instruction Muitipie Data结构9具有强大的运算能力9专为音视频编解码算法而设计0VP6是VP的一个型号9由DATAPATH和RISC9两个内置内存DP/DM 2.4Kbyte 9Funnei Biock9象素处理单元PPU9算术逻辑单元ALU 9寄存器RF94个高精度累加器MAC9ROM/RAM等单元组成0VP的数据格式为64位9分四个bank9每个bank为16bit0在一个cycie内可以同时执行三条不同类型的指令9一条指令可以同时操作4个16bit的数据的加9减9乘9比较9乘加等操作9通过DMA通道与DRAM双向通信9能够进行高效的数据传输0VP服从MIPS的调度9自己的控制功能较弱03.2VFAST芯片的存储系统模型该项目的开发平台为丽台可视电话VFAST板9VFAST存储器有五种FLASH9SRAM9DRAM9DP/DM和ROM/RAM0前三组为MIPS存储器9FLASH相当于PC机的硬盘9SRAM为主存9相当于PC机的内存9DRAM为DMA存储器0后两组为VP6存储器9其中DP/DM为数据存储器9ROM/RAM为程序存储器0VFAST SDK具有三级存储器结构9其存储系统模型如下图2所示0VFAST各存储单元之间有五条数据通道9如图2所示箭头9两条一般数据通道9三条DMA通道0!FLASH-SRAM9一般数据通道9"SRAM-DP/DM9一般数据通道9# SRAM-DRAM9DMA通道9$SRAM-DP/DM9DMA通道9% DRAM-RAM9DMA通道0图2VFAST存储系统模型示意图4G.729I解码器在VFAST上实现及优化4.1系统总体设计论文主要介绍了在VFAST平台上实现多通道的语音实时编解码器的方案0在这个系统的开发工作中9笔者主要负责实现G.729I的解码部分0为了使系统具有根据不同语音信道传输模式对不同音频编解码器动态调用的能力9作者将G.729I 解码器做成了独立的静态库形式0并将其注册到VFAST系统的语音解码选取模式中9使系统能根据信道能力协商的结果做出正确的模式选择0同时给G.729I解码库设定五个外部接口函数9按执行顺序依次是系统初始化9解码初始化9解码一帧9解码析构9系统析构0为使多路编解码器之间不相互干扰并节省存储器空间9笔者定义了G.729I系统9编码和解码三个结构空间0系统结构空间定义并封装了所有全局的常数成员及编解码会话句柄9编码和解码结构空间则对全局变量和私有常数成员进行定义和封装在文中只涉及到解码部分 0在系统初始化时9系统结构空间对公用常数表分配空间并赋常数值9解码初始化则对全局变量分配空间并赋初值9同时建立自身常数表与系统结构空间常数表之间的映射不必另分配9多个解码器可公用一个常数表空间 0程序运行结束9析构的顺序是解码析构释放全局变量空间9后系统析构释放常数表空间04.2程序性能的优化由于VFAST开发平台支持C/C++编程语言的直接移植9因此在移植过程中要根据VP6的专用操作指令对代码进行转换9使程序的性能达到最优0由上面的讨论可知9VFAST中VP6的专用操作指令采用SIMD技术9特别适用于音视频编解码的运算0作者将G.729I的标准C函数转换为VP6汇编模块9支持6.4K\SK\11.SK三种码率及静音帧0为提高执行效率9加载至VFAST的程序基本上都是VP6汇编代码9少量的C语言只是起到MIPS对VP6程序模块的调度9解码器的程序中有很多函数需要多级循环嵌套和乘法操作9因此对程序代码中的循环操作进行优化是非常必要的0通过对运算过程的改进和对指令流程的重排9使用循环展开LU9ioop unroiiing的方法9通过增加循环体的大小来减少循环判决树的中断0LU算法更有效地利用了DSP地寄存器9最小化调用/存储的指令数目9同时还能最小化循环过程中内存接入的次数0在写VP6汇编程序过程中9也要注重效率9如在双周期指令后插入单周期指令9由于VP6支持64位指令字长9可以在一行代码上并行执行3条指令9同时在执行乘加指令MAC时9应尽量使4个bank数都有效9减少冗余操作0最后9还可以使用寄存器变量的引入9内联函数的设定和冗余操作的简化等技术来优化程序流程9从而充分降低运算量9提高程序的运行速度x0(-9>,x0(-8>,x0(-7>,...x0(10> x0(-8>,x0(-7>,x0(-6>,...x0(11> x0(-7>,x0(-6>,x0(-5>,...x0(12> x0(-6>,x0(-5>,x0(-4>,...x0(13>x0(-5>,x0(-4>,x0(-3>,...x0(14>.........x0(30>,x0(31>,x0(32>,...x0(49>*c1(27>c1(24>...c1(0>c2(0>c2(3>c2(6>...c2(27>=s(0>s(1>s(2>s(3>s(4>.........s(40>优化前指令周优化后指令周优化加速比期数(cycie/帧>期数(cycie/帧>优化后/优化前合成滤波Syn_fiite10857167315.41%求自适应码本Pred_it_3249261703 6.83%LSP->LPC变换Int_gipc12093357 2.95%静音帧解码Dec_cng757761088814.37%计算固定码本Decod_ACELP计算自适应码本和固定码本的增益Dec_gaine解码LSP系数D_ispe318937011.60%6.4K相位插值PhDisp8357445 5.32%G.729I解码模块115244138.28%96635636.85%4.3G729I解码器算法的优化笔者在ITU-T公布的G.729I语言定点代码基础上,利用Visuai C++的profiie工具,对G729I解码主要模块占用的运行时间作了测试,其中,自适应码本搜索及合成滤波约占解码算法运算量的70%,LSP->LPC变换复杂度也较高O所以,高效执行这些模块,是实现多路语音实时编解码的关键,应该充分利用VP6的特点,让其能够高效运行O4.3.1求自适应码本激励模块的VP并行实现及优化有的程序本身具备SIMD的特性,如数据的循环累加操作,即具有较好的数据无关性和对称性,无需修改或只进行简单修改即可变换成SIMD的形式O但有的模块并不具备明显的SIMD并行特性,需要经过相应的数据调整和重新排列才可满足SIMD并行的条件O调整和重新排列的代价不可过高,否则会抵消SIMD的加速效果而得不偿失O下例是G.729I中长时预测求自适应码本激励函数的核心部分for(=0<40++>{x1=x0++x2=x0c1=&inter_3i[frac1c2=&inter_3i[(3-frac>1s=0for(i=0,I=0i<10i++,I+=3>{s=L_mac(s,x1[-i1,c1[I1>s=L_mac(s,x2[i1,c2[I1>}}程序的主体是一个两级的for循环,表面上看,两级循环均不具备SIMD的特性O但实际上x1和x2,c1和c2具有很强的相关性,笔者避开程序的流程,使用LU算法示意如图3O展开时,x1和x2统一用x0表示O图中可看出,将c1和c2重新排列后可以实现SIMD并行O图3多级循环展开示意图!i=0"1"2"3##$首先,在整个程序中frac值不变,所以c1和c2相当于常数组,为此在两级循环之前按图3中的顺序(每隔三个地址取出后,再调整顺序连续存放>,将c1和c2数组存入寄存器r0~ r4中(一个寄存器存放4个16bit数,20个数则需要5个寄存器存放>,并保持不变O这样可以减少39次对c1和c2数组的寻址,大大节省了地址寻址的开销O其次,从x0[-91连续读取x0 [-91~x0[101存入r5~r9,取出后x0++,对应于不同的循环次数,依次从x0[-81x0[-71x0[-61开始读取,r5~r9的值相应改变O运用VP6专用操作指令MAC快速计算,使用指令MAC一次可以同时计算4次16bit数的乘法运算,4次加法和4次移位操作O只需5次MAC乘加即可完成对所有r0*r5+r1*r6+...+ r4*r9的求和,重复上一步40次结束O经测试,优化加速比达到6.83%,大大降低了指令周期数,充分运用了VP6的SIMD并行特性,使程序的执行效率大为提高O4.3.2LSP->LPC模块的VP并行算法及优化相对而言,不同的程序流程要灵活使用不同的策略O上例是在VP6微程序一级的并行O但有时模块中内层循环的数据前后有较强的相关性,下一次的循环要用到上一次的结果,不能四路并行,这时,就要从宏观上使用SIMD,即在MIPS调度VP6的层面的并行O主处理器给定相应的多路并行数据入口,协处理器整个运行过程都是多路SIMD并行计算O这是一种全局意义上SIMD特性OG.729I语音解码作线谱对系数转换为线性预测系数时,对两个子帧是先后执行的O针对本帧语音计算得到的量化与非量化的LP系数用于子帧2,子帧1的LP系数则由本帧与上一帧的差值求得OLSP的差值Subframe1gi(1>=0.5gi(preuious>+0.5gi(current>i=1,...,10Subframe2gi(2>=gi(current>i=1,...,10由g i计算多项式F1(z>和F2(z>的系数f1(i>,f2(i>Of1(0>=1,f1(-1>=0O f2(i>同理O计算对应于F!1(z>,F!2(z>的f1(i>,f2(i>Of1!(i>=f1(i>+f1(i-1>i=1,...,5f2!(i>=f2(i>+f2(i-1>i=1,...,5由于a(z>=(F!1(z>+F!2(z>>/2,得到LPC系数a iai=0.5f!1(i>+0.5f!2(i>i=1,...,50.5f!1(11-i>-0.5f!2(11-i>i=6,...,10由以上算法可知,在程序实现时,主函数两次调用Lsp_az (>函数,而每次执行Lsp_az(>函数又调用两次Get_lsp_pol(>函数,程序具有明显的相似性和对称性,经测试整段程序运算量最大的地方是Get_lsp_pol(>函数,而Get_lsp_pol(>函数内的两层循环又不易打开,故在此函数的内部是不能SIMD并行的O但两次调用Lsp_az(>函数之间四次调用Get_lsp_pol(>函数之间都没有前后的数据相关性,VP6的指令可以同时进行四路16bit数的系列操作,所以可将程序的流程进行合并,用VP6程序仅执行一遍Get_lsp_pol(>函数,则可完成整个四路LPC 系数的求解O从而使程序的效率至少提高了四倍O同时在数据寻址上也得到了简化,优化加速比为2.95%O4.4优化前后性能比较表1G.729I解码器VP6汇编模块优化前后对照表5测试与结论将G729I各码率下的所有功能模块用高效并行的VP程数据帧长度 byte 最坏 ms最好 ms平均 ms最大Ethelnet 帧 1518 3.747 3.684 3.721最小Ethelnet 帧 640.2190.1880.20764~1518区间内的均匀分布3.2730.8321.929图6RTL-Ethelnet 的时间行为示意图T x_max =Max{T x [k ][i ]\1!k !n i "N }则有:T nd_max =Max{T nd [k ][i ]\1!k !n i "N }!T p_max +MAX{T x_max T idle }=T p_max +T x_max其中 T p_max 为中断处理和执行传输控制算法所需的最长时间该值可以在具体的节点上实测得到;T x_max 为节点进行数据帧传输所需最长时间即传输最长Ethelnet 帧根据IEEE802.3规定最长Ethelnet 帧为1518字节所需时间预设介质空闲时间T idle 通常远远小于该值;T nd_max 为令牌在所有节点中的最大节点延迟O 这样可以得到最坏条件下的令牌周转时间:TRT max !n>T nd_max最坏条件下的令牌周转时间TRT max 即为节点实时发送队列中队首数据帧在获得发送权之前所需等待的最长时间RTL-Ethelnet 可以确保至多每隔TRT max 时间节点即可获得最大1518字节的传输带宽这种确定性的机制为在各个节点上采用实时调度算法调度实时数据帧的传输和进行可调度性分析提供了实施基础O为了对RTL-Ethelnet 的实时性能进行测试搭建了由3台采用RTL-Ethelnet 方案的节点组成的实时Ethelnet 网段节点配置为Pentium III 800MHZ 采用3COM 10Mbps EthelnetNIC 设备O 测试对象为节点在各种流量条件下的令牌周转时间O 作者在各个节点中设置了专门的实时任务负责产生数据帧并保证各个节点的发送队列在测试时间内始终保持非空O表2为系统在三种设定情景中各自运行30分钟后产生的测试结果O表2测试结果5结语RTL-Ethelnet 为RT-Linux 下不同节点中的实时任务提供了一种进行实时确定性网络通信的途径O 该方案对原Linux 内核中的上层协议和应用而言是完全透明的它们不需进行任何改动即可在RTL-Ethelnet 下正常工作O 对应用RTL-Ethelnet 方案的目标系统的测试表明该方案能够较好地保证通信的实时性O RTL-Ethelnet 目前仍处于完善阶段基于虚拟令牌的传输控制子层的容错机制是下一步工作的重点O 收稿日期:2005年3月参考文献1.balabanov M Yodaiken V.ReaI-Time Linux[J].Linux JoulnaI 1996; 32.C M Klishna Kang G Shin.ReaI Time Systems[M].McGlaw-HiII ISbN 7-302-08808-X 20013.W Richald Stevens.TCP /IP IIIustlated[M].voIume 1-The plotocoIs Addison-WesIey 19944.IEEE 802.3standald[S].20025.Kyung Chang Lee Suk Lee.Pelfolmance evaIuation of switched Ethel-net fol leaI-time industly communications[J].Computel Standalds &Intelface 2002; 24 :411~4236.Rubini A Colbet J.Linux Device Dlivels[M].O'ReiIIy ISSN 0-59600-008-1 20017.ANSI /IEEE Standald 802.4.Token-passing bus access method and physicaI Iayel specifications[S].19858.MaIcoIm N Zhao W.The timed token plotocoI fol leaI-time comm.unication[J].IEEE Computels 1994;27 1 :35~419.MaIcoIm N Zhao W.Hald leaI-time comm.unication in muIti-access netwolks[J].JoulnaI of ReaI-Time Systems 1995;8 1 :35~77上接26页解码时间 ms6.4kbps 8kbps 11.8kbps 6600 测试序列 6366246409980 自然语音772774780语音数据长度 ms序实现其余的调度部分在MIPS 上完成正确性方面通过了ITU-T 所有测试序列效率测试数据如表2O表2三种码率下解码总时间对照表主要模块运行的总时间占解码总时间为70% 整个解码流程中还有其它衔接调度函数及解码特征参数模块bits 2prm_ld 8c 保留C 函数 O 用系统提供的time_msec 函数测出998帧解码总时间占语音长度的百分比为7.76% 约1:13O 以上数据得出如下结论:一是灵活地采用并行算法和优化策略可以使VP 硬件的性能得以充分体现O 二是经优化后单片VFAST 可以同时解码十三路语音信号能够实现高效的并行通信O 收稿日期:2004年8月参考文献1.杨行峻迟惠生等.语音信号数字处理[M].电子工业出版社 19952.王炳锡.语音编码[M].西安电子科技大学出版社 20023.ITU-T Recommendation G.729.Coding of speech at 8kbit /s using Conjugate-Stluctule AIgeblaic-Code-Excited Lineal-Plediction CS-ACELP [S].1996-034.VFAST AlchitectulaI Refelence ManuaI.Leadtek 20015.VP6Miclocode Ploglammel's ManuaI.Leadtek 20016.黄永峰.因特网语音通信技术及其应用[M].人民邮电出版社 20027.林进张兆庆祝明发.基于SIMD 机器的优化数据传输的并行循环分割[J].计算机学报 1998; 7。

G.729语音压缩编解码协议的理解及其DSP的实现

G.729语音压缩编解码协议的理解及其DSP的实现
H.323协议作为国际电信联盟(ITU)制定的标准,能同时提供话音、数据和多媒体等多种业务,为通信产业带来了广阔的发展空间。

G.729做为H.323支持的语音压缩编码协议,具有低延迟,高语音质量的优点,被ITU确定为8kb/s语音编码标准。

数字信号处理因其实时快速的处理能力在通信领域得到了广泛的应用,本文讨论的是在DSP上实现G.729语音编码算法。

为了满足数据的大动态范围、高精度和实时性的要求,选用美国德州仪器公司(TI)的高性能浮点DSP TMS320C6713。

本文首先介绍了G.729的算法原理,它是共轭结构代数码本激励线性预测的算法标准。

为了提供低速率的高质量的语音,G.729协议采用了三种新的技术方案:使用帧间插值预测的线谱对量化,码本搜索的预选和利用后向预测的增益矢量量化。

接着说明该算法在DSP上实现的硬件环境。

最后讨论了基于上述硬件系统的软件设计,主要分为三个部分:DSP的初始化程序、中断服务程序和语音编解码程序。

利用基音的特点对算法中的开环基音分析进行了简化,减少了计算量;针对6713体系结构特点,对C代码提出了一些有效的优化措施,包括使用编译器选项和软件流水等。

实验结果表明,优化后的G.729算法在一定程度上降低了该算法的复杂度,其输出语音仍然保持了很高的合成品质。

G.729语音编码器在DSP上的实时实现

Ｒｅｌｉｍｐｅａ —ｔｍｅＩｌｍｅｔｔｎｏ７９ＳｐｅｈＣｏｅｓｄＯｎａｉｆＧ．２ｅｃｄｃＢａｅｎＤＳＰｏ
ＺＨＯＵＪｇ—ｌ，ＨＡＯＭｉｎ，ＯｎｉｎｉＺａＧＵＨｏｇ—ｘｎｉｇ
ＤＳｃｉＰｈｐ．
ＫｅｒｓＳｅｃｏｉｇＧ．２ＤＰ；ＭＳ２Ｃ４；ｐｍｉｔｎｙｗｏｄ：ｐｅｈｃｄｎ；７９；ＳＴ３０６ＸＯｔｚｉｉａｏ
１引言
随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用。国际电信联盟Ｉｕ于１９年推出了采用代数共轭结构码Ｔ９６激励线性预测（ｏｊｇｔＳｕｔｒＡｇｂａｃＣｄＣｎｕａｅｔｃｕｅｌｒｉｏｅｒｅ
目前，内外不少研究者已经在ｒＴｘｓ国Ｉｅ１（ａ
Ｉｓｕｅｔ公司的ＣＸ系列ＤＰ芯片上实时实现ｎｔｍｎ）ｒ５Ｓ
Ｇ７９是基于码激励线性预测（ＥＰ的编码．２ＣＬ）
模式，８个采样点为一个语音帧（Ｏｓ，每０１ｍ）对语音
Ｅｃｔｉｅｒｄｃｉ．Ｓ—ＡＥＰ）ｘｉｄＬｎａＰｅｉｏＣｅｒｔｎＣＬ的语音编码
ＴＳ２Ｄ６２Ｍ３０Ｍ４上实现单片ＤＰ同时处理视频和音Ｓ频编码，占用尽可能少的计算资源和存储空间来实现Ｇ７９．２语音编码的全部功能，以留下充足的资源用来处理视频编码，是研究的关键。

基于DSP的G.729语音编解码算法的研究与实现

基于DSP的G.729语音编解码算法的研究与实现近年来,语音编码随着多媒体通信的发展,正扮演越来越重要的角色。

特别是低速率、高语音质量的语音编码算法,它能在有限的信道带宽中提供各种高质量的多媒体通信服务。

1996年,ITU-T公布了G.729标准。

它采用了共轭结构代数码本激励线性预测(CS-ACELP)算法,其编码速率为8kb/s,延时为15ms,具有良好的合成语音质量和适中的复杂度等优点。

在个人移动通信、多媒体通信、IP电话、卫星通信及未来的综合业务数字通信(ISDN)等领域具有广泛的应用前景。

随着数字信号处理技术的发展,DSP的应用越来越广泛。

由于其具有体积小、功耗低、运算速度快和价格便宜等优点,非常适合于实时语音处理。

TI公司的TMS320C55x系列DSP就可以用于G.729语音压缩的实时实现。

本文详细的介绍了G.729协议的算法结构,包括编码部分和解码部分,并着重研究了G.729算法中的线性预测技术、感知加权滤波、矢量量化、自适应码本搜索和固定码本搜索等关键技术。

接着对TMS320C55x系列DSP芯片的结构、工作原理进行了一定的描述。

在深入理解G.729算法原理的基础上,提出了有效实现G.729标准的设计方案,以ITU-T提供的标准C源代码为基础,进行软件模拟实验。

根据G.729特点对源代码中运算量较大的模块进行了代码优化,最终完成了语音编解码器在DSP上的实时实现。

结果表明合成语音具有较高的可懂度。

基于DSP的G.729语音编解码算法的优化

基于DSP的G.729语音编解码算法的优化
李全利;章明
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2007(26)3
【摘要】本文通过分析G.729语音编解码算法和TMS320C55x的原理,提出了有效优化算法的方案,降低了算法的复杂度.
【总页数】4页(P34-36,57)
【作者】李全利;章明
【作者单位】哈尔滨理工大学,黑龙江,哈尔滨,150080;哈尔滨理工大学,黑龙江,哈尔滨,150080
【正文语种】中文
【中图分类】TN912
【相关文献】
1.基于TMS320C5416的G.729语音编解码算法的优化和实现 [J], 黄冰;杨召青;吕治国
2.基于DSP的G.729语音编解码器设计 [J], 聂伟;何心莹;白天石
3.G.729语音编解码算法实现方法研究及DSP实现 [J], 吴海涛;梁迎春;梁欣涛;谢金宝;闫健
4.G.729语音编解码算法的DSP系统实现 [J], 阚海鹰;万旺根;王宁
5.基于DSP的G.729语音编解码算法优化研究 [J], 王耿
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