（毕业设计）多制式语音编码及其DSP实现.doc

编号 本科毕业设计多制式语音编码及其DSP实现Multi-standard speech coding and DSP Implementation摘 要介绍了一种多制式语音编解码器，在单片TMS320VC5409上完成4路话音的全双工通信，并实现G.729a、CVSD、ADPCM算法之间的编码转换，给出了算法的软硬件实现、算法的运算量及所占用的硬件资源。语音通信在现代通信中占有重要地位，它研究的是语音信号的高效、高质量传输的问题，包括语音编码、语音加密等内容。虽然语音通信仅研究对语音信号进行压缩传输等内容，在理论上比语音合成与语音识别简单，但是这一领域仍然存在很多需要解决的问题，而且这项技术仍处于不断发展之中。关键词：多制式语音编解码 TMS320VC5409 G.729a CVSD ADPCMABSTRACTIntroduced a multi-standard voice codecs, a single TMS320VC5409 to complete the four-way full-duplex voice communication, and to achieve G.729a, CVSD, ADPCM algorithm between the encoding conversion, the algorithm is given the hardware and software to achieve , The algorithm for computing capacity and occupied by the hardware resources.Voice communications in modern communication occupies an important position, it is the voice signal on the efficient, high-quality transmission problems, including voice coding, voice encryption, and other content. Although voice communications only on the compressed voice signal transmission, etc., in theory than voice synthesis and voice recognition simple, but there are still many areas that need to resolve the issue, but the technology is still in continuous development.Key words: Multi-standard voice codecs TMS320VC5409 G.729a CVSD ADPCM目 录第一章 绪论.11.1 引言.11.2 三种语音编码简介.21.3 论文研究目的和内容.4第二章 语音编码的设计.52.1 G.729a算法.52.2 ADPCM算法.92.3 CVSD算法.11第三章 芯片和硬件系统设计.143.1 DSP芯片TMS320VC540912.14 3.2 硬件系统.153.3 硬件系统的调试.21第四章 软件系统设计与调试及算法修正.234.1 CVSD算法的修正.234.2 G.729算法的回声抵消模块.244.3 储存区的优化.244.4 代码的优化.254.5 软件的调试.25第五章 多制式语音编码的发展前景.27结论.29参考文献.30致谢.32第一章 绪 论1.1引言语音通信在现代通信中占有重要地位，它研究的是语音信号的高效、高质量传输的问题，包括语音编码、语音加密等内容。虽然语音通信仅研究对语音信号进行压缩传输等内容，在理论上比语音合成与语音识别简单，但是这一领域仍然存在很多需要解决的问题，而且这项技术仍处于不断发展之中。语音编码的目的是在保持可以接受的失真的情况下采用尽可能少的比特数表示语音。如果对语音直接采用模/数变换技术编码，则传输或储存语音的数据量太大。为了降低传输或存储的费用，就必须对其进行压缩。各种编码技术的目的就是为了减少传输码率或存储量，以提高传输或存储的效率。在这里，传输码率就是指传输每秒钟语音信号所需要的比特数，也称数码率。经过这样的编码之后，同样的信道容量能传输更多路的信号，如用于存储则只需要较小容量的存储器，因而这类编码又称为压缩编码。实际上，压缩编码需要在保持可懂度与音质、降低数码率和降低编码过程的计算代价三方面折衷。经过语音的压缩编码后，可以得到低数码率的语音。低数码率的语音具有以下优点：1、它可以在窄带信道（例如3kHz模拟电话线路和高频无线电信道）上传输。采用低数码率的语音编码率的语音编码技术，有效地适应了信号电缆带宽窄的特点。2、更能克服信道失真，这意味着可以采用比较简单的调制解调器3、在大多数信道中，当误码率给定时，低数码率比高数码率所需要的发射功率更小。4、给定容量的复接电路或者复按电路网络允许通过更多的信道。5、为了存储一定的语音所需要的存储器容量将更少。6、当和差错纠正与扩频技术结合使用时，将具有更大的抗噪声与抗干扰能力1。语音压缩编码，按照编码后传输所需的数据率来分，可以分为高速率（32kb/s以上）、中高速率（1632kb/s）、中速率（4.816kb/s）、低速率（1.24.8kb/s）、和极低速率（1.2kb/s以下）五大类。语音编码方法，按照传统的概念可分为三类：波形编码、参数编码（声码器）、和混合编码。波形编码技术以尽可能重构译音波形为原则进行数据压缩，即在编码端以波形逼近为原则对语音信号进行压缩编码，解码端根据这些编码数据恢复出语音信号的波形。它具有语音质量好、抗噪声性能强等特点，但所需的编码速率高，一般在6416kb/s之间。而参数编码即声码器技术则从听感个角度注重语音本身的重现。它通过对语音信号进行分析，提取参数来对参数进行编码，在接受端能够用解码后的参数重构语音信号，从而让解码语音听起来与输入语音是相同的，而不是保证其波形相同。参数编码一般对数码率的要求比波形编码低的多。缺点是语音音质较差，而且对噪声较敏感、顽健性（指在实验室相对安静环境下训练好的系统，当用在与训练环境不匹配的实际环境时性能下降的程度）不够好。混合编码是上述两种方法的有机结合，同时从两个方面构造语音编码：一方面增加语音的自然度，提高语音质量；另一方面对于波形编码实现较低的数码率指标。由于近年来在语音编码技术研究中，尤其是中、低速率编码技术中，各种新算法、新概念的不断涌现，采用上述概念进行分类的界限已经显得越来越模糊了。1.2 三种语音编码简介在各种通信设备中，实时的语音压缩通常在DSP上实现。单一编码算法，由于码率和算法固定，系统的灵活性较差。越来越多的通信服务要求能实现多种、多路编码算法，提供一定范围内的编码速率和编码算法的多种选择，例如软件无线电、IP电话、多媒体终端等。G.729a是ITU制定的一种高质量的中速率语音压缩编码标准，编码速率为8kbps，目前已在许多通信系统中得到了应用。国际电信联盟（ITU）于1995年11月正式通过了G.729。 ITU建议G.729也被称作“共轭结构代数码本激励线性预测编码方案”(CS-ACELP)，它是当前较新的一种语音压缩标准。G.729是由美国、法国、日本和加拿大的几家著名国际电信实体联合开发的。它需要符合一些严格的要求，比如在良好的信道条件下要达到长话质量，在有随机比特误码、发生帧丢失和多次转接等情况下要有很好的稳健性等。这种语音压缩算法可以应用在很广泛的领域中，包括电话、无线通信、数字卫星系统和数字专用线路。G.729算法采用“共轭结构代数码本激励线性预测编码方案”（CS-ACELP）算法。这种算法综合了波形编码和参数编码的优点，以自适应预测编码技术为基础，采用了矢量量化、合成分析和感觉加权等技术。1996年ITU又制定了G.729的简化方案G.729a，主要降低了计算的复杂度以便于实时实现，因此目前使用的都是G.729a46。CVSD（连续可变斜率增量调制）是一种抗信道误码非常好的语音编码算法，擅长处理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到4%，CVSD编码的语音还是可听的。CVSD编码器在低于24kb/s时，语音质量较优，主要是颗粒噪声低、听起来比较清晰。但在16kb/s是其语音质量又较低。40kb/s以上时，可有优等长话的语音质量。因此在军事通信、宇航通信、蓝牙无线技术等方面中得到广泛应用。CVSD的量化步长是可动态调节的，它通过对输入信号的振幅变化率来调节量化步长的增量值，当输入信号的振幅变化率增大时，增量值也相应增大，反之亦然。因此它能在较大的动态范围内，始终使信号的量化信噪比接近于其最大值，对输入的原始信号进行准确的跟踪、量化及编码，从而拥有很高的信号保真度，有效地提高了语音编码的质量。ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)是一种算法较简单的波形编码，是一种针对 16bits( 或8bits或者更高) 声音波形数据的一种有损压缩算法。它的核心思想是:利用自适应改变量化阶的大小,即使用小的量化阶去编码小的差值,使用大的量化阶去编码大的差值,使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值,使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。ADPCM记录的量化值不是每个采样点的幅值,而是该点的幅值与前一个采样点幅值之差。它将声音流中每次采样的 16bit 数据以 4bit 存储,所以压缩比 1:4. 而且压缩/解压缩算法非常简单,所以是一种低空间消耗，高质量高效率声音获得的好途径。8bits采样的声音人耳是可以勉强接受的，而 16bit 采样的声音可以算是高音质了。ADPCM算法却可以将每次采样得到的 16bit 数据压缩到 4bit。ADPCM主要是针对连续的波形数据的，保存的是波形的变化情况，以达到描述整个波形的目的，但是它的编码和解码的过程却很简洁。因此它具有良好的话音质量和抗噪性能，在卫星通信、数字话路倍增系统中得到了广泛应用。综合了这三种算法的编码系统，在8kbps32kbps码率具有较高的灵活性，在实际生产中也将会有广泛的应用。1.3 论文研究目的和内容论文通过对G.729a、CVSD、ADPCM三种语音编码和TMS320VC5409DSP芯片做简单介绍后，对算法的软件和硬件实现进行解释，分析算法的复杂度，并给出算法所需运算量以及所占用的硬件资源。使其可以实现在单片TMS320VC5409上完成4路语音的全双工通信，并实现G.729a、CVSD、ADPCM算法之间的编码转换。最后得出三种算法可以在芯片上完成工作的结论。第二章 语音编码的设计2.1 G.729a算法G.729a 标准算法的大致流程是：在编码端，输入8KHz 采样的16 位线性PCM 语音信号，以80 个样值为单位（10ms一帧）进行编码,每帧又分为两个子帧（分别为5ms），CS-ACELP 编码器是基于码激励线性预测模型参数（包括线性预测器滤波器参数、自适应码本和固定码本索引与增益，一帧信息的参数量为80bit）的，这些参数经编码后传输出去。解码端对接收到的编码参数进行解码，重新获得激励和合成滤波器参数并重建语音。G.729a的编码过程：首先，对模拟输入语音信号经话路带宽滤波（符合ITU G.712建议）后，被以8kHz为采样频率进行采样，再量化成16bit线性PCM（脉冲编码调制）数字信号输入到编码器。如图2.1所示。其主要部分有：1预处理语音信号先进入预处理模块，信号经过高通滤波和信号幅度衰减后，再作为后续模块分析的信号。2线性预测分析与LPC系数的量化首先对信号进行加线性预测分析窗，分析窗由两部分组成。第一部分是半个汉明窗，第二部分是四分之一个余弦信号。将加窗后的语音信号通过Levinson-Durbin算法获得线性预测滤波器系数ai , i=1.10。由于线谱对参数比线性预测系数具有更好的内插特性和量化特性， G.729a将LPC参数转换成相应的线谱对参数，最后对线谱对参数进行量化。3开环基音分析为了减少自适应码本搜索的复杂度，需要计算开环基音Top，使自适应码本搜索在开环基音值附近进行。基音值的范围在18145个样本点之间。4自适应码本搜索G.729a对每个子帧进行闭环基音搜索，它通过最小化原始语音信号和重构语音信号的加权均方误差来进行闭环基音搜索。对子帧1的闭环基音T1的搜索是局限在开环基音Top的一个小范围内，对子帧2的闭环基音T2的搜索是局限在闭环基音T1的一个小范围内。这样可以减少基音搜索的复杂度。5固定码本搜索G.729a固定码本矢量含有四个非0脉冲，每个脉冲的幅度要可以是+1或-1。通过最小化加权语音信号和加权重构语音信号的均方误差来进行固定码本的搜索。6增益量化图2.1 G.729a 编码框图G.729a对自适应码本增益和固定码本增益采用二级共轭结构码本进行矢量量化。在码本搜索时，采用预搜索策略，使得运算量只为全搜索算法的1/4。固定码本自适应码本预处理基音分析感觉加权合成滤波器参数编码线性预测分析、量化、插值语音输入增益量化固定码本搜索LPC信息LPC信息LPC信息发送码流加法器加法器解码过程：G.729a的解码也是按帧进行的，主要是对符合G.729a协议的码流进行解码，得到相应的参数，根据语音产生的机理，合成语音。如图2.2所示。其主要部分为：参数解码；后滤波处理。参数解码：首先解码得到线谱对参数，并将线谱对参数转换为线性预测系数。然后解码出基音周期，获得自适应码本矢量V(n)。解码出固定码本矢量的四个脉冲的位置和符号，计算出固定码本矢量C(n)。解码出固定码本预测增益g（c）和固定码本增益G（c）。接着得到激励信号u(n)=gV(n)+Gc(n)，n=039。最后将激励信号u(n)输入到线性预测合成滤波器中，计算出重构语音S（n）。后滤波处理：后滤波处理主要是自适应后滤波。自适应后置滤波器是由三个滤波器级连而成：长时后置滤波器Hp(z)，短时后置滤波器Hf(z)，频谱倾斜补偿滤波器Ht(z)，后面接着进行一个自适应增益控制过程。后置滤波器的系数每一个子帧更新一次。后置滤波能够有效地改善合成出的语音质量3。固定码本自适应码本短时滤波器后处理G(c)g(c)加法器图2.2  G.729解码框图G.729a编码器原理输入信号在预处理模块中经过高通滤波并缩放。预处理信号作为所有后续分析的输入信号。在每个10毫秒帧中都要进行LP分析，计算出LP滤波器系数。这些系数转换为线性谱对(LSP)，并使用有两个阶段的预测向量量化器（VQ）进行18比特量化。然后编码器通过使用分析-合成搜索过程选择激励信号，在该搜索过程中，原始语音和重建语音间基于感知加权失真方法的误差会降低到最低。感知加权是自适应的，可以提高具有平缓频谱响应的输入信号的性能。激励参数（固定与自适应码本参数）在每个5毫秒的子帧（40个采样）中决定。量化的和未量化的LP滤波器系数用于第二个子帧，而第一个子帧中使用内插LP滤波器系数（包括量化的与未量化的）。开环音节延迟根据感知权重的语音信号每10毫秒帧估计一次。然后下面的操作对每个子帧都要重复进行。LP残差经过加权滤波器W(z)/A(z) 滤波计算出目标信号x(n)。这些滤波器的初始状态在对LP残差和激励的误差率波后更新。这等价于普通的方法从加权语音信号中消除加权合成滤波器的零输入响应。加权合成滤波器脉冲响应h(n)被计算，利用目标信号x(n)和脉冲响应h(n)，通过搜索开环音节延迟，进行闭环音节分析(主要用于得到自适应码本延迟和增益)，这里使用了1/3分辨率的音节延迟。在第一个子帧中音节延迟用8比特编码，但在第二个子帧中采用5比特编码。通过消除（滤波后的）自适应码本分量，目标信号x (n)得到更新，新的目标x(n)在固定码本搜索中用来寻找最优激励。一个17比特的算术码本用于固定码本激励。自适应与固定码本增益采用7比特向量量化（对固定码本增益采用MA预测）。滤波器存储空间用最后得到的激励信号更新。编码器采用长为10毫秒的帧编码语音和其他音频信号。此外，编码器还有5毫秒的前瞻，因此算法的总延迟为15毫秒。在实际的编码器实现中所有附加延迟有：1.编解码操作所需要的处理时间2.通信链路上的传输时间3.将音频数据与其它数据绑定的复用延迟G.729a解码器原理首先，参数的索引从获得的码流中提取出来。这些参数（LP滤波器系数，自适应码本向量，定码本向量与增益）被解码，获得对应于10毫秒语音帧的编码器参数。这些参数即LSP系数、两个音节延迟、两组自适应和固定码本增益。LSP系数经过内插，并转换为每个子帧的LP滤波器系数。然后，对每个5毫秒的子帧进行如下步骤：1.增加经各自增益缩放的自适应和固定码本向量，重建激励。2. 激励通过LP合成滤波器，语音重建。3. 重建的语音信号经过后处理阶段，在这个阶段中包含基于长期/短期合成滤波器的自适应后滤波，并需要高通滤波和放大操作。2.2 ADPCM算法ADPCM算法是一种波形编码，它在PCM(脉冲编码调制)编码的基础上引入了预测和差分的概念，仅对实际值与预测值之间的差值进行编码。在编码过程，用过去样点的值对当前点进行预测，并自适应地调整预测系数数值，使预测误差很小，从而在降低码率的同时，保持了很高编码质量。它是在编码电信语音信号的标准脉码调制中计算两个连续话音取样之间差异的一种话音编码方法。这种计算采用自适应滤波器进行编码，从而以低于标准64Kb/s技术的速率进行传输。一般而言，ADPCM使模拟语音对话能在32Kb的数字信道内传输；用3或4位描述每个取样，这代表了两个相邻取样间的差异。每秒进行8000次取样。总之，许多语音处理者使用的ADPCM允许语音信号编码所用的空间是PCM的一半。ADPCM已经形成国际标准，CCITT（ITU的前身）在1988年指定的G.726标准就是ADPCM的编码标准。G.726是ITU制定的自适应差分脉冲编码算法标准，能提供4种数码率：40Kbps、32Kbps、24Kbps、16Kbps。在此项目中，使用32kbps的速率。其语音质量相当于64Kbps的PCM编码，并具有良好的抗误码性能。如图2.3所示，其编码过程为：从编码器输入8位的A律或µ律PCM信号。首先通过转换器将其转换为14位的均匀量化PCM编码；然后减去线性预测器输出的预测信号x´(n)，得到预测误差信号d(n)，再经过非均匀自适应量化器得到编码信号c(n)，一方面将c(n)传送给解码器；另一方面将其输入反向自适应量化器进行D/A转换，还原得到模拟量化差分信号d´(n)，供反馈回路生成重构信号和预测信号。自适应量化器和反向自适应量化器均受尺度因子y(n)控制，其量化特性的变化与信号的动态范围相匹配。自适应量化速度的控制由控制器控制，它采用双模式自适应方式：对幅度变化较大的语音信号进行快速自适应处理，其标尺因子为y´(n)；对幅度变化较小的带内数据和信令进行慢速自适应处理，其尺度因子为y´´(n)，总的尺度因子y(n)为y´(n)和 y´´(n)的线性组合:y(n)=k(n) y´(n-1)+1-k(n) y´´(n-1)式中k(n)为自适应控制参数，0k(n) 1。k(n)由自适应控制器模块根据差分信号变化速率来确定。对于语音数据，k(n)趋于1；对带内数据或信令，k(n)趋于0。t(n)和t(n)为语音检测信号，由信号音和转换检测器生成，供自适应控制模块转换适应模式。图2.3 G.726编码器方框图PCM格式转换器差分信号计算自适应量化器反向自适应量化器自适应预测器重构信号计算器量化器尺度因子自适应逻辑自适应速度控制器音信号和转换检测器x(n)x´(n)d(n)c(n)d´(n)ADPCM输出x´´´(n)y(n)k(n)y(n)t´(n)t(n)x(n)k´(n)自适应预测器根据量化差分信号d(n)计算预测信号x(n)，用一个两阶的全极点滤波器和一个六阶的全零点滤波器实现。G.726采用反馈型自适应和反向预测的方法，编码中仅包括预测误差信号编码，不包含预测系数和自适应量化器的量化间隔或增益因子等参数。解码器与编码器类似，其模块基本上与编码器中的反馈回路部分相同。其中在输出PCM格式转化器后加一个同步编码调整，作用是防止同步级联情况下产生累计失真，调整PCM输出编码以消除后面一个ADPCM级的量化失真8。2.3 CVSD算法连续可变分辨率增量调制（CVSD），是一种常用的ADM（自适应增量调制），是一种1bit的差分波形编码方式。自适用的量阶随信号统计特性的变化而变化，在信号很大动态范围内，可获得最大信噪比。并且易于实现，电路结构简单。其自适应规则是： 在这里0k1，而PQ。其中P是能使系统对斜率过载作出响应的一个较大常数。（n）的递推公式中其上下限是确定的。CVSD的基本原理是按照码序列中表示斜率过载的情况改变（n）。假定相邻的三个码子全“1”或者全“0”，则（n）增加一个值；否则（n）一直递减到由k (因为k1和Q共同决定的min。参数k控制自适应的速度：如果k接近1，（n）增加或者减小的速率变慢；若k很小，则自适应速度加快。其编译码器如图2.4、图2.5所示。数字低通滤波三连码检测器H2C（z）H1（z）X0cXminA乘法器加法器乘法器减法器图2.4数字CVSD编码器三连码检测器数字低通滤波H2D（z）H1（z）X0DXminBC乘法器乘法器加法器图2.5数字CVSD译码器其中：音节平滑滤波器编码器双积分器 译码器主积分器 G1是时间常数，a1是增益因子。G2C、G2D、b1、b2、c1均是和工作频率、通带频率及采样频率有关的系数。图中，输出滤波器的功能一般对CVSD编码是相当关键的。实用的CVSD编码器一般输入过抽样，以便在二电平粗量化器的限制条件下达到实用编码的目的。由于这种过抽样,所以未滤波的输出阶跃函数的特性中，包含了量化噪声及输入信号频带 以外的失真分量，这就要求用低通滤波器来抑制W与s/2之间的带外分量7。根据指标：采样率为16kHz，通带截止频率为3.4kHz，阻带截止频率为3.8kHz。阻带最小衰减为0.53dB，温带最大衰减为0.0283dB。数字低通滤波器设计成五阶椭圆IIR滤波器。主要技术：三连0/三连1检测，即若检测到码流中有三连0或三连1，则表示信号在骤升或骤降，调整量阶以适应信号变化。第三章 芯片和硬件系统设计3.1 DSP芯片TMS320VC5409（1）TMS320VC5409简介数字信号处理芯片（DSP）是一种特别适用于进行实时数字信号处理的微处理器。DSP器件按照用途分类可分为两大类：一类是专门用于FFT、FIR滤波、卷积等运算的芯片，称为专用DSP器件；另一类是可以通过编程完成各种拥护要求的信息处理任务的芯片，称为通用数字信号处理器件。还可以按照DSP工作的数据格式把DSP芯片分为数据以定点格式工作的定点DSP芯片和数据以浮点格式工作的浮点DSP芯片。DSP芯片具有精度高、灵活性大、可靠性高以及分时复用等特点。由于语音压缩的运算量、存储量和精度要求都不太高，在考虑价格因素的基础上，定点DSP足以胜任语音编解码的要求。本文采用了TI公司的TMS320VC5409定点DSP实现了上述三种语音编解码算法。TMS320VC54x是TI公司继TMS320C1x、TMS320C2x、TMS320C5x之后推出的新一代高性能通用型定点DSP芯片。该系列芯片具有很高的性能价格比，体积小，功耗低，功能强，已经在语音合成、通信传输、图象处理、测量与控制等许多领域得到广泛的应用9。TMS320VC5409是TI公司生产的一种性价比较高的定点DSP芯片，是新一代的高性能、低价位、低功耗数字信号处理器。与现在流行的TMS320C5409相比，性能提高了60%，功耗效率提高了50%。它被广泛应用在嵌入式系统、数据采集等系统中，还可以应用在如机顶盒（STB）、个人数字助理（PDA）和数字无线通信等要求能脱机运行的内嵌式系统中。它的运算速度为80MIPS/100MIPS，时钟周期10/12.5 ns。它拥有改进的哈佛结构、一个CPU、片上存储区（32KB的ROM和64KB的DARAM）、片上外设以及专用的指令结构。外围电路包括1个定时器，1个主机接口，并且具有DMA和片内引导功能。它具有以下的优点：1条程序总线和3条数据总线。配合存储区的双操作数读取能力，可以支持单周期，三操作数指令，提高了程序的运行和通用性；先进的针对应用设计的CPU硬件逻辑提高了芯片的性能；高度专用的指令结构提供了更快的算法实现和更方便的优化；片上外设包括3个McBSP（多通道缓冲串口）、一个6通道的DMA控制器、8bit HPI口及锁相环时钟发生器；模块化结构方便了快速的后续发展；先进的IC处理技术实现了高性能和低功耗，5V静态CMOS技术进一步降低了功耗。可采用功耗下降指令IDLE1、IDLE2和IDLE3控制芯片功耗。TI公司的DSP芯片出厂时，在片内ROM中固化有引导装载程序Bootloader，其主要功能就是将外部的程序装载到片内RAM中运行，以提高系统的运行速度10。3.2硬件系统（1）硬件板介绍在发端，模拟信号通过前端处理电路和A/D采样，转换成8bit A-law PCM信号。对数PCM信号在TMS320VC5409中转换线性码，并进行压缩编码。输出的G.729a/ADPCM/CVSD编流在信道上传输。接收端接收到的压缩码流在DSP中被解码成对数PCM信号，再经过D/A变换和用户电路，最终得到模拟话音。其中CPLD用来产生8kHz的帧同步信号，使各硬件芯片之间协同工作。A/D、D/A部分采用单片MC14557芯片。单路信号的硬件系统框图如图3.1所示。晶振TMS320VC5409MC14557用户电路CPLD电话晶振MC14557用户电路语音语音压缩语音A-lawA-law语音语音TMS320VC5409电话图3.1 单路信号的硬件系统框图（2）算法的硬件选择程序定义了两个标志变理flag1、flag2。利用VC5409提供的可屏蔽中断INT0INT3，在中断服务过程中对2个标志位进行设置，从而控制主程序的跳转。系统加电后，INT0INT3其中的一个管脚给出中断请求信号，程序执行的过程中检测到哪个中断，就执行该中断对应的编码算法。接着，主程序对IMR寄存器置位以屏蔽这些中断，直至下次系统复位。其中INT0中断在测试中是无编码转换的跳转，但在应用中用于选择32kbps的CVSD算法。表3.1是算法选择的硬件中断与标志位的设置。表3-1 算法选择的硬件中断与标志位设置INT0直通，无编码转换flag2=0 flag1=0INT1G.729aflag2=0 flag1=1INT216kbps CVSDflag2=1 flag1=0INT332kbps ADPCMflag2=1 flag1=1（3）数据流输入和输出VC5409提供了3个McBSP（Multichannel Buffered Serial Ports），并在其中集成了硬件对数PCM编解码器。串口的双缓冲区发送、三缓冲区接收能保证数据的连续性。收发的数据流字长可以是8、12、16、20、24、32bit，每帧最多可以有128个字。表3.2是本项目采用的串口配置。表3-2 串口配置串口数据流字长（bit）帧长（word）读/写控制同步事件/中断McBSP0PCM84×1DMAREVT/XEVTMcBSP1G.729a164×1DMAREVT/XEVTMcBSP2ADPCM/CVSD322or4×8bitCPURINT/XINT对每种算法，4路编解码器都要求全双工工作，因此，对3个McBSP都进行了配置。其中，McBSP0负责PCM码流的收发。PCM码流是4路8bit的A-law信号，因此定义字长为8位；McBSP1收发G.729的码流。G.729分帧编码，帧长为10ms，每帧80bit。为了数据能够方便、有效地收，定义串口的字长为16bit，这样，每5个帧同步收全一个G.729帧，共16×5×4（路）=80×4bit。为了取得数据格式的一致性，方便串口收发码流，对ADPCM和CVSD定义了相同的码流格式，并由McBSP2收发。如图3.2所示。帧同步PCM第1路第2路第3路G.729a8bit125µs帧同步帧同步帧同步16×4bitADPCM/CVSD32bit帧同步帧同步125µs125µs帧同步帧同步图3.2 串口帧结构32kbps ADPCM每样点用4bit编码，规定其码流为每样点的码字重复2次，即占8bit。4路信号中的32bit；16kbps和32kbps的CVSD是每样点2bit和4bit编码，故规定其码流为每比特编码码字分别重复4次和2次，即均占8bit。4路信号也是32bit。（4）数据流的传输（串口与存储区）VC5409提供了6个DMA通道，用户可以设置每个DMA通道的源地址、目的地址、一次传输的数据量、同步事件和中断方式等。表3.3本项目中各DMA通道的配置情况。表3-3DMA配置通道比特流源地址目的地址缓冲区（字）中断方式（缓冲区）DMA2G.729a(收)DRR11DM4×5×2全满/半满DMA3G.729a(发)DMDXR114×5×2全满/半满DMA4PCM（收）*1DRR10DM4×1全满*2DRR10DM4×80×2全满/半满DMA5PCM（发）*1DMDXR104×1全满*2DMDXR104×80×2全满/半满DM：数据存储区*1：对ADPCM/CVSD编码*2：对G.729a编码（5）数据传输的控制如图3.3所示，串行数据流在McBSP的DR管脚接收，DX管脚发送。数据收发由帧同步信号触发。帧同步由CPLD提供，位时