基于DSP的TETRA話音編碼系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1　引　言

TETRA是ETSI制定的一種全新的數(shù)字集群系統(tǒng)，他可以提供語音和快速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。TETRA集成了移動數(shù)據(jù)終端、PMR調(diào)度電話、蜂窩電話和尋呼機的功能，并且可以直接傳送Internet協(xié)議報文，支持可視電話功能，而語音又是最主要的業(yè)務。無線系統(tǒng)中，帶寬是影響語音服務質(zhì)量最關(guān)鍵的因素，為降低語音傳輸所要求的帶寬，TETRA系統(tǒng)采用代數(shù)碼激勵線性預測編碼（ACELP）壓縮算法，保證了高質(zhì)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(tǒng)CELP的主要優(yōu)點，并克服了其缺點。傳統(tǒng)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(shù)碼本結(jié)構(gòu)，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(shù)，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(tǒng)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(nèi)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(zhuǎn)換芯片采用TI公司的AIC20芯片，完成模擬話音與數(shù)字話音的轉(zhuǎn)換工作。由于采用了過采樣技術(shù)，AIC20可提供高分辨率的A／D，D／A 轉(zhuǎn)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：

（1）將晶振產(chǎn)生的外部時鐘源直接輸入到X2／CLKIN引腳，X1懸空。
（2）利用5409內(nèi)部提供的鎖相環(huán)（PLL）時鐘產(chǎn)生電路將內(nèi)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(shù)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(shù)。

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(fā)送時，也要向2個通道發(fā)送數(shù)據(jù)。McBsp中的部分控制比特位配置如下：

當AIC20工作在主模式時，F(xiàn)S＝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(nèi)部以扇區(qū)組織，在對其編程前，必須對相應區(qū)域擦除。使用時可根據(jù)需要選擇扇區(qū)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(shù)據(jù)總線分別接至5409的地址總線和數(shù)據(jù)總線，5409的地址總線A22～A18懸空，數(shù)據(jù)總線D15～D8懸空。DS作為使能信號，XF則控制編程狀態(tài)。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(jié)在前。
　　

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(jù)需要設置CLKMD寄存器改變倍頻數(shù)；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(fā)送中斷。接收中斷從Codec的DS腳接收采樣數(shù)據(jù)，放入接收緩沖區(qū)MicIn，當接收到30 ms的數(shù)據(jù)（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(fā)送緩沖區(qū)Sout中，然后通過串口發(fā)送中斷發(fā)至Codec。MicIn和Sout均為雙緩沖區(qū)。

2．2．3　算法設計

編碼程序每30 ms執(zhí)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(huán)實驗，下面給出部分C代碼。

3　結(jié)　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(xiàn)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(zhì)量。