No.56368 作者:因果 邮件:chenshiyangyi@163.com ID:113570 登陆:7次 文章数:11篇 最后登陆IP:119.59.248.166 最后登陆:2011/10/3 17:36:40 注册:2008/6/11 14:23:51 财富:156 发帖时间:2009/3/6 19:56:01 发贴者IP:218.17.75.249 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_: /* L_mult (hi1, hi2), read lo2*/ MR = MX1 * MY1 (SS); ......
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