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→发表看法:[因果]218x定点运算实现g.729语音编解码



No.56368
作者:因果
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标题:因果:218x定点运算实现g.729语音编解码
摘要:No.56368218x定点运算实现g.729语音编解码 218x定点运算实现g.729语音编解码

        最初我学的是飞行器的设计,可是到了毕业的时候觉得人际关系复杂,改看语音编解码了。试着去研究g.723.1,离职回家之后,在家看论文,实现g.723.1,当时不知道网上还有现成的程序。后来到了深圳,从事mp3方案的开发,最初以为很深奥,其实就是一些简单外观编写,对于底层的核心软件全部控制在台湾,别人打包封装后才发给大陆。后来,我越来越知道理论设计与工程实现之后的距离。离开了公司,自己出来设计产品.我很坚定一点,把事情做到最好,不能糊弄事,否则事也会糊弄你的。几翻周折,多次设计,开壳,终于把一款学习设计好到生产,生计不是问题。才想到一个长期的项目,选择了无线的语音传输。当时想得很简单,从ali的录音里截出mp3的数据流,然后发射给接收,用比较便宜的m5661p进行解码就可以了。用的rf模块是华普的rf01,rf02.确实是实现了,因为ali的7101Q的mp3有比特率是24kbps,80kbps,64kbps,128kbps,320kbps.我们选择了24kbps,原因是当时选的rf 最大的波特率为128kbps.而且波特率最大,误码率在,灵敏度越小。我们lay实现了,发现了一个实际的问题。16K采样率,1150个数据,(我记不是很清楚),还有ali的数据包是512 byte,最后到接收端延时有0.6秒。客户绝对是不会接收的,只好采用64kbps。延时有0.4s,而且rf频带加宽,客户要求有64个频道。无法实现。我们改换了cc1100,用fifo中断的形式实现了128kbps 的mp3,延时0.25秒.当时我们很兴奋,可是一装机,拿到实现环境地走一圈,有四十米,24kbps有70米,于是我们打朋友帮忙调天线,调外围的元器件。只可惜那朋友的老婆很厉害,我们不敢多打搅。好在得到消息,在接收端加了一颗安吉仑的放大。效果真的不一样,这次是100米,很稳定的100米。可是又遇到问题了,cc1100有近距离饱和的问题,三米以内无法收到任何数据。到了这个时候,我们没有做任何工程,是放弃还是重新开始。智者齐工,提到拿一颗218x dsp自己写程序,把语音进行压缩,这样一切都在掌握之后。很简单的,如果一帧数据出现错误你应该怎样处理。我看了很我的语音编解码,当时选用2.4kbps,结果播放音乐,及背景噪音特别大的情况下,无法接收。同学付工,在设计数字对讲机,距离有3公里,知道他们用的是melp.他说效果也可以,我也在网上下载了源程序,定点运算。国内的硕士对其研究,太复杂了。我没有信心去做它。结果在网站找到 gsm 13kbps.管主已经优化定点运算,我确实用汇编做了。而且也实现了。主频跑到12M就可实现,rf的波特率为21kbps,之所以这么大,主要是有前导码,并且rf从idle转化到rx(tx)需要几个ms的时间。如果你发射之后不去idle状态,频率会发生偏移,所以要定期进行校准。我们把板lay成了小模块。Mic 加了放大,但是一直很模糊,总觉得听不清楚,拿给销售的一听,别人还说音质很好。智者齐工一听,就只摇头,特别是吹口哨,金属声特别严重。当时我们在等一颗rf 芯片si4432,20dbm.要在2008年底出来,当时的时候是2008的八月份。我这时有点后悔,当时在选择语音编码的时候为什么没有试听对比了。确实它是不是自己想要的。我当时认为gsm 13kbps就是现在的手机算法,手机的算法是8kbps,而我用的是13kbps,效果应该更好才对。于是又才拿出手机,对比其音质,真的差得很远。网上查资料才知道手机的算法是g.729
        网站,告诉我到什么地方找源代码。我从itu网站下载了g.729a,g.729ab,g.729b,g.729I。我想后来的版本一定是最好的,所以直接用一最后的一个版本。进行移植分为几个步骤:对下载的定点运算,把工程分为三个文件.encode.c,decode.c.,common.c. ; 把所有的函数局部变量改为全局变量(主要是为了好调试,同时进行汇编程序编写,它的stack没有多大,);对其数学函数如add,sub,等,在Analog Devices\VisualDSP 3.5 16-Bit\218x\lib\src\libetsi_src(自己装的仿真软件)找到了其汇编程序。对其进行检验,因为g.729有很多的加减乘饱和判断,当时218x设计的时候已经考虑到这些问题,你只些用ena ar_sat,或者if mv sat mr.就可以轻松实现。同时修改这些函数,之前的是stack进行参数传递,我们得把它改为寄存器传递参数。其实最后得出比较重要且省指令的为Lshr;L_shl输入为mr1,mr0,ar. 对于L_msu,L_mac没有必要有。因为输入的长整型可以放在MR,你可以用指令。输入参数,ay1,ay0,mx0.my0:
                    Mr1 = ay1;
                    Mr0 = ay0;
                    Sr   = ashift mr1 by 0(lo);
                    Mr2 = sr1; (符号位);
                    Mr = mr +mx0*my0(ss);
                    If mv sat mt;
(其默认为dis m_mode);这比库里的程序经简单得多。
                    还有就是在循环体内多动脑筋,尽量用寄存器,比如在四层循环时多一条指令,就是多出64*8条指令。还有一些技巧,如:
                    Cntr = x;
                    Do outloop until ce;
                    I1 = I2;
                    MODIFY(I3,M1);
                    MR = 0.MX0 = DM(I1,M1);
                    MY0 = DM(I3,M1);
CNTR = Y;
                    DO INNERLOOP UNTIL CE;
                    MR = MR+MX0*MY0(SS),MX0=DM(I1,M1);
INNERLOOP :        MY0 = DM(I3,M1);
                    IF MV SAT MR;
Outloop:
                     DM(I6,M5) = MR1;
上面的程序看似很简单,其实可以简化,即把i1的DM变量copy到PM空间,用程序这样实现:
                    !copy (i1,i5,z);
                    Cntr = x;
                    Do outloop until ce;
                    I7 = I5;
                    MODIFY(I3,M1);
                    MR = 0.MX0 = DM(I1,M1),MY0=PM(I7,M5);
CNTR = Y;
                    DO INNERLOOP UNTIL CE;
                   INNERLOOP :       
MR = MR+MX0*MY0(SS),MX0=DM(I1,M1),MY0=PM(I7,M5);
                    IF MV SAT MR;
Outloop:            DM(I6,M5) = MR1;
                    这点技巧对于滤波计算及相关函数很有效。
                    我用的是visual dsp version 2.3.把让C语言运行,然后写汇编程序,main调用汇编程序(把控制权交给汇编),汇编程序调用C语言函数,这里把局部变量改为全局变量的必要性就出来了。对于一个C函数的编写,你可以写一半汇编,放心调用另一半C函数,而不必但心寄存器的初值。同时你还得有一份VC的程序。当你出错调试时,你可以对比VC的变量与你的全局变量。很快就找出问题。对于encode我选用了50帧的80word 做为输入,50 个10 bytes做为输出,很次改好一个C函数,运行一次,看运行的结果与50个10bytes进行比较,看是否一致.就这样改改停停,中途我孩子又出生了,加上还有学习的软件。到了一月份也就是在过年那几天才把编码程序写完,算了算也有二到三个月的时候。我一直担心的是运算量的问题,当时我用的是217x仿真去做,我心里越来越没有底,因为就50帧的数据,计算机仿真也在五分钟。我又看了国内的论文,有人提到用了89M可以实现。我就有了一点点底,别人也提到了一些简化的方法(论文我会以附件的形式给出)基音收索步长为2,大量测试减少饱和判断等等。当时我真是担心死了,好在我把仿真对象改到了2181,一运行,才得到了我写的汇编程序大约需要38M,这时我又到网上下载g729A版本,才发现里的已经简化了,正如我们国内硕士所说的方法,其实ITU早就做了这些工作。我忘了在什么忘网站上公布了其复杂度。其实g.729A编码为16M,g.729B为32M,我做的结果是38M。而且还没有优化,谢天谢地。可以也是无数祈祷的结果,荣耀归于神。
                    解码的程序就比较顺利,二周就写好了。运算的复杂度为8M.之后我移植到了硬件了,也就是几天的时候。结果不对,我知道也就是几条指令的原因:
              Ay0 = 0;
Cntr = x;
              Do searchmax UNTIL CE;
              Ay0 = dm(i1,m1);
              Af  = ar – ay0
Searchmax:
              If l t ar = pass ay0;
其实在这是错的,在软件仿真没有问题,移值后出了问题,及用cntr最后一条指令不能为if l t ar = pass ay0;
            改为 
            If it ar = pass ay0;
Searchmax: nop;
            还有一个注意的地方就是设
       AR = DM(0x3FF3);              /*SPORT0 WHEN MR0 = 0x8000,MR1++*/
       AR = SETBIT 12 OF AR;
       DM(0x3FF3) = AR;
              在进行四舍五入的时候,mr0 = 0x8000为mr ++.
            我把最后的结果写在下面
               运算量            DM(ram)        PM
Encode         36M              0x10b2         0xbe2
Decode         8M               0x1931         0x15f5
其实encode,decode公用程序为0x600.对于表格我是放在nor flash,启动之后拷到dm,大小为0xa8e,在上述dm内。
上面是软件仿真。拿到软件平台上实际测试:
Encode  60M用了 7.8ms,   32M 用了14.8M
Decode  32M 用了 3ms.
         把rf 芯片加上去系统全部为60M,主要是rf占用了很多的时候,同时对于错误帧 的处理,还有自动静噪的处理等等。
         教训,这次是幸运的,我应该在移植之前,充分确定其复杂度,占用系统资源大小。音质的确定,传音乐,各种情况下解码的输出是否可以接收。 
         基本的数学函数如下,对于最后的语音音质及所收集的论文资料,及定点程序我以附件的程序存放于
     有兴趣的朋友可以去下载
                              因果: chenshiyangyi@163.com
         .ENTRY L_mac_I1_I2;
L_mac_I1_I2:
        M1 = 1;
        MR = 0,MX0 = DM(I1,M1);
        MY0= DM(I2,M1);
        DO L_mac_I1_I2_Loop UNTIL CE;
        MR = MR + MX0*MY0(SS),MX0 = DM(I1,M1);
L_mac_I1_I2_Loop:
        MY0 = DM(I2,M1);
        IF MV SAT MR;
        
        RTS;

.ENTRY L_mac_I1_I5;
L_mac_I1_I5:
        M1 = 1;
        M5 = 1;
        MR = 0,MX0 = DM(I1,M1),MY0 = PM(I5,M5);
        DO L_mac_I1_I5_Loop UNTIL CE;
L_mac_I1_I5_Loop:
        MR = MR + MX0*MY0(SS),MX0 = DM(I1,M1),MY0 = PM(I5,M5);
        IF MV SAT MR;
        
        RTS;
        


.EXTERNAL Overflow_;
/*****************************************************************/
/* Word16 div_s(Word16 var1, Word16 var2)                        */
/*                                                               */
/*            var1:  AY1                                         */
/*            var2:  AR                                          */
/*  result var_out:  var1/var2 --AX1                             */
/*                                                               */
/*****************************************************************/

.ENTRY div_s1_;
div_s1_:

   AF = AR - AY1;
   AX1 = 0x7fff; 
   IF EQ RTS;  
   IF LT JUMP div_err;
   AF = PASS AR;

   IF EQ JUMP div_zero;
   IF LT JUMP div_err;

   AF = PASS AY1;
   AX1 = 0x0; 
   IF EQ RTS;
   IF LT JUMP div_err;
   AY0 = 0;
   DIVS AY1, AR;                    /* perform fractional division*/
   DIVQ AR;DIVQ AR;DIVQ AR;
   DIVQ AR;DIVQ AR;DIVQ AR;
   DIVQ AR;DIVQ AR;DIVQ AR;
   DIVQ AR;DIVQ AR;DIVQ AR;
   DIVQ AR;
   DIVQ AR;
   DIVQ AR;
   AX1 = AY0;
   RTS;

div_zero:
div_err:
    AX1 = 0;
    RTS;                         

.EXTERNAL DIV_L_num_;
.EXTERNAL DIV_denom_hi_;
.EXTERNAL DIV_denom_lo_;
.EXTERNAL DIV_approx_;
.EXTERNAL DIV_hi_;
.EXTERNAL DIV_lo_;
/*****************************************************************/
/* Word32 Div_32(Word32 L_num, Word16 denom_hi, Word16 denom_lo) */
/*        L_num:  MR1,MR0                                        */
/*     denom_hi:  AY1                                            */
/*     denom_lo:  AY0                                            */
/*  result L_32:  SR1,SR0                                        */
/*                                                               */
/*****************************************************************/
.ENTRY Div_321_;
Div_321_:

    /* First approximation: 1/L_denom = 1/denom_hi */
    
    DM(DIV_L_num_+0) = MR1;
    DM(DIV_L_num_+1) = MR0;
    DM(DIV_denom_hi_)= AY1;
    DM(DIV_denom_lo_)= AY0;
    
    AR  = DM(DIV_denom_hi_);                     /* load denom_hi*/
    AY1 = 0x3fff;                                /* div_s (0x3fff, denom_hi)*/
    CALL div_s1_;
    
    DM(DIV_approx_) = AX1;
    
    /* 1/L_denom = approx * (2.0 - L_denom * approx) */
    MX1 = DM(DIV_denom_hi_);
    MX0 = DM(DIV_denom_lo_);
    MY0 = AX1;     
    CALL Mpy_32_161_;


    AX1 = 0x7fff;
    AX0 = 0xffff;
    AY1 = MR1;
    AY0 = MR0;
    CALL L_sub1_;                            /* 0x7fffffff-result*/

    
    MR1 = AY1;
    MR0 = AY0;         
    CALL L_Extract1_;                        /* L_Extract (result, &h, &l)*/
    
    
    MX1 = MR1;
    MX0 = MR0;
    MY0 = DM(DIV_approx_);
    CALL Mpy_32_161_;

    CALL L_Extract1_;
    
    DM(DIV_hi_) = MR1;
    DM(DIV_lo_) = MR0;
    
    MR1 = DM(DIV_L_num_+0);
    MR0 = DM(DIV_L_num_+1);
    CALL L_Extract1_;
    
    MX1 = MR1;
    MX0 = MR0;
    MY1 = DM(DIV_hi_);
    MY0 = DM(DIV_lo_);
    CALL Mpy_321_;
    
    AR  = 2;
    CALL L_shl1_;
    
    RTS;

/************************************************************/
/*            Word16 abs_s(Word16 var1)                     */
/*                                                          */
/*            var1:                                         */
/*                   AR                                     */
/*                                                          */
/*      return 16bit AR                                     */
/************************************************************/
.ENTRY abs_s1_;
abs_s1_:
   AR = ABS AR;
   AY1 = 0x7FFF;
   IF AV AR = PASS AY1;
   RTS;
   

/************************************************************/
/*            Word32 L_abs(Word32 L_var1)                   */
/*                                                          */
/*            L_var1:                                       */
/*                   SR1,Hi 16 bit                          */
/*                   SR0,Lo 16bit                           */
/*                                                          */
/*      return 32bit:SR1,SR0                                */
/************************************************************/
.ENTRY L_abs1_;
L_abs1_:
   AR = PASS SR1;
   IF GE RTS;

   AR = -SR0;
   SR0 = AR;
   AY1 = 0;
   AR  = AY1-SR1+C-1;
   
   SR1 = AR;
   IF NOT AV RTS;
   SR1 = 0x7fff;
   SR0 = 0xffff;
   RTS;

/************************************************************/
/*            Word16 negate(Word16 var1)                    */
/*                                                          */
/*            var1:                                         */
/*                   AR                                     */
/*                                                          */
/*      return 16bit:AR                                     */
/************************************************************/
.ENTRY negate1_;
negate1_:
    AR = -AR;
    AY1 = 0x7FFF;
    IF AV AR = PASS AY1;
    RTS; 

/************************************************************/
/*            Word32 L_negate(Word32 L_var1)                */
/*                                                          */
/*            L_var1:                                       */
/*                   SR1,Hi 16 bit                          */
/*                   SR0,Lo 16bit                           */
/*                                                          */
/*      return 32bit:SR1,SR0                                */
/************************************************************/
.ENTRY L_negate1_;
L_negate1_:

    AR = SR0;                /* read input*/
    AR = -AR;
    SR0 = AR;
    AY1 = 0;
    AR  = AY1 - SR1 + C -1;
    
    SR1 = AR;
    IF NOT AV RTS;
    SR1 = 0x7fff;
    SR0 = 0xffff;
    RTS;
    


/************************************************************/
/*      Word32 L_Comp(Word16 hi, Word16 lo)                 */
/*               L_32 = hi  <  <16 + lo  <  <1                      */
/*               hi   : MY1                                 */
/*               lo   : MY0                                 */
/*      return 32bit  : MR1,MR0                             */
/************************************************************/
.ENTRY L_Comp1_;
L_Comp1_:

   MR = 0;
   MR1 = MY1;
   AR = 1;
   MR = MR + AR * MY0 (SS);               /* perform MAC*/
   IF MV SAT MR;                           /* saturate if overflow*/
   RTS;


/************************************************************/
/*    Word32 L_mult(Word16 var1,Word16 var2)            */
/*                                                 */
/*   MX0:     input lo                             */
/*   MY0:     input n                              */
/*   MR1,MR0 : return 32bit number Hi,Lo           */
/************************************************************/
.ENTRY L_mult1_;
L_mult1_:
   MR = MX0 * MY0 (SS);                    /* perform multiplication*/
   IF MV SAT MR;                           /* saturate if overflow*/
   RTS;


/************************************************************/
/*    Word16 mult_r(Word16 var1,Word16 var2)              */
/*                                                 */
/*   MX0:     input lo                             */
/*   MY0:     input n                              */
/*   AX1     : return 32bit number Hi,Lo           */
/************************************************************/
.ENTRY mult_r1_;
mult_r1_:
   MR = MR1 * MY1 (RND);                   /* perform multiply*/
   IF MV SAT MR;                           /* saturate if overflow*/
   AX1 = MR1;
   RTS;

/************************************************************/
/*    Word16 mult(Word16 var1,Word16 var2)              */
/*                                                 */
/*   MX0:     input lo                             */
/*   MY0:     input n                              */
/*   MR1     : return 16bit number Hi,Lo           */
/************************************************************/
.ENTRY mult1_;
mult1_:
   MR = MX0 * MY0 (SS);                    /* perform multiply*/
   IF MV SAT MR;                           /* saturate if overflow*/
   RTS;

/************************************************************/
/*L_32 = L_mult(hi, n);                            */
/*L_32 = L_mac(L_32, mult(lo, n) , 1);             */
/*                                                 */
/*   MX1:     input hi                             */
/*   MX0:     input lo                             */
/*   MY0:     input n                              */
/*   MR1,MR0 : return 32bit number Hi,Lo           */
/************************************************************/
.ENTRY Mpy_32_161_;
Mpy_32_161_:


   MR = MX1 * MY0 (SS);                    /* L_mult (hi, n)*/
   IF MV SAT MR;                           /* saturate if overflow*/

   SR1 = MR1;                              /* save result of L_mult in SR */
   SR0 = MR0;
   MR = MX0 * MY0 (SS);         /* mult (lo, n)*/
   IF MV SAT MR;                           /* saturate if overflow*/

   MX0 = MR1;
   MR1 = SR1; MR0 = SR0;
   MY0 = 1;
   MR = MR + MX0 * MY0 (SS);               /* do MAC*/
   IF MV SAT MR;                           /* saturate if overflow*/


   RTS;


/***************************************************************/
/*Word32 Mpy_32(Word16 hi1, Word16 lo1, Word16 hi2, Word16 lo2)*/
/*                                                             */
/*                      hi1:  MX1                              */
/*                      lo1:  MX0                              */
/*                      hi2:  MY1                              */
/*                      lo2:  MY0                              */
/*            return 32bit :  MR1,MR0                          */
/***************************************************************/
.ENTRY Mpy_321_;
Mpy_321_:


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