《電子技術應用》
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基于DSP的TETRA話音編碼設計與實現
摘要: 陸上集群無線電通信(TETRA)系統是歐洲電信標準協會(ETSI)在專用移動通信(PMR)和公共接入移動通信(PAMR)網絡領域惟一支持無線數字集群的開放標準,本文主要介紹了該系統中話音編碼算法,并討論了其在DSP上實現的具體流程。
關鍵詞: DSP TETRA 話音編碼 ACELP
Abstract:
Key words :

  1 引 言

  TETRA是ETSI制定的一種全新的數字集群系統,他可以提供語音和快速數據傳輸業務。TETRA集成了移動數據終端、PMR調度電話、蜂窩電話和尋呼機的功能,并且可以直接傳送Internet協議報文,支持可視電話功能,而語音又是最主要的業務。無線系統中,帶寬是影響語音服務質量最關鍵的因素,為降低語音傳輸所要求的帶寬,TETRA系統采用代數碼激勵線性預測編碼(ACELP)壓縮算法,保證了高質量的語音服務,其編碼速率為4.567 kb/s。

  ACELP是一種改進型的CELP,繼承了傳統CELP的主要優點,并克服了其缺點。傳統CELP用固定的隨機碼本來逼近語音信號的余量信號,缺乏靈活性,不能很好地控制碼本的頻域特性。ACELP采用代數碼本結構,不僅降低了碼本的存儲量和搜索量,還提供了頻域控制函數,從而增強了碼字的靈活性和多樣性,能更好地逼近余量信號,具體算法可參見TETRA標準ETS395-2。

  2 系統設計

  針對TETRA的話音編碼算法實時要求高,運算量 大,核心處理器采用了TI公司的TMS320系列的5409芯片,該芯片主要特點有:速度快,處理能力可達到100 MI/s;低功耗,3 V電壓供電,內核電壓1.8 V;提供32 kBRAM,16 kBROM;3個多通道自動緩沖串口(McBsp)。

  A/D轉換芯片采用TI公司的AIC20芯片,完成模擬話音與數字話音的轉換工作。由于采用了過采樣技術,AIC20可提供高分辨率的A/D,D/A 轉換;3 V供電,功耗低于30 mW;具有軟件可編程寄存器,配置方便,不改變硬件電路,僅改寫軟件就可滿足多種需求。

  存儲芯片選用Atmel公司的AT49LV001,用于存儲程序,DSP加電便可從Flash中引導程序運行。AT49LV001讀寫電壓均為3 V,可大大簡化電源設計,存儲空間為128 kB,足以存儲TETRA的話音編碼算法。

  2.1 硬件設計

  2.1.1 時鐘電路設計

  這里為5409提供2種時鐘電路設計方法:

 ?。?)將晶振產生的外部時鐘源直接輸入到X2/CLKIN引腳,X1懸空。

 ?。?)利用5409內部提供的鎖相環(PLL)時鐘產生電路將內部時鐘倍頻或分頻得到。

  在此采用第二種方法,如圖1所示。在X1和X2/CLKIN之間接一個16.384 MHz的晶振,同時將CLKMD1,CLKMD2,CLKMD3通過上拉電阻設置為邏輯0,1,0,即倍頻數為5,DSP工作在80 MHz,若需改變DSP的工作頻率,可通過軟件修改地址0x58的CLKMD寄存器的值設置倍頻數。

時鐘電路

  2.1.2 DSP與Codec接口設計

  5409與AIC20接口如圖2所示,由DSP的CLKOUT提供MCLK,Codec工作在主模式,SCLK和FS為輸出,為DSP提供BCLK和 BFS。值得注意的是,由于AIC20有2個采樣通道,在與DSP串口連接時,為配合codec的時序,DSP串口需配置成接收2個通道的采樣值(即32 b),但只取一個通道的采樣值;串口發送時,也要向2個通道發送數據。McBsp中的部分控制比特位配置如下:

McBsp中的部分控制比特位配置

DSP與Codec接口

  當AIC20工作在主模式時,FS=MCLK/(16×P×N×M),通過設置控制寄存器4可改變P,N,M的值。FS=8 kHz,MCLK=81.92 MHz,取P=8,N=8,M=10。

  2.1.3 DSP與存儲器接口設計

  AT49LV001存儲器內部以扇區組織,在對其編程前,必須對相應區域擦除。使用時可根據需要選擇扇區擦除或芯片擦除。圖3為5409與 AT49LV001的接口示意圖,AT49LV001的地址總線和數據總線分別接至5409的地址總線和數據總線,5409的地址總線A22~A18懸空,數據總線D15~D8懸空。DS作為使能信號,XF則控制編程狀態。應當注意,AT49LV001為8 b存儲器,DSP為16 b處理器,所以每存儲一條DSP指令需2個存儲單元,且高字節在前。

DSP與存儲器接口

  2.2 軟件設計

  2.2.1 初始化程序

  完成DSP的初始化工作,包括設置SWWSR,PMST等寄存器的值;根據需要設置CLKMD寄存器改變倍頻數;配置串口。

  2.2.2 中斷服務程序

  中斷服務程序主要是串口接收和發送中斷。接收中斷從Codec的DS腳接收采樣數據,放入接收緩沖區MicIn,當接收到30 ms的數據(算法要求),啟動編碼標志SpeechFlag。當解碼程序從Acelp碼流中解出話音后,放入發送緩沖區Sout中,然后通過串口發送中斷發至Codec。MicIn和Sout均為雙緩沖區。

  2.2.3 算法設計

  編碼程序每30 ms執行一次,將240個采樣值編成137 b,傳遞給解碼程序,再將解碼合成的話音通過音箱放出。在硬件平臺上做自環實驗,下面給出部分C代碼。

 

代碼

代碼

  3 結 語

  本文從軟件設計和硬件設計兩方面介紹了在TMS320VC5409芯片上實現TETRA話音編碼算法的具體步驟。通過標準P.862對算法評測,平均MOS得分為3.474。同時,在做抗噪實驗時,本算法在10-2誤碼率下,仍能保持良好的通信質量。

  參考文獻

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