语音编解码算法G．723．1在DSP上的优化
1 引言
g.723.1是删组织于1996年推出的一种低码率的语音编码算法标准，也是目前该组织颁布的语音压缩标准中码率最低的一种标准。g.723.1主要用于对语音及其它多媒体声音信号的压缩，目前在一些数字音视频传输、高质量语音压缩等系统中都得到广泛应用。
2 g.723.1算法的复杂度分析
将g.723.1移植到tms320c64xx后，就可借助ti集成开发工具ccs(code composer studio)的profile功能来评估其各个子程序或函数的执行运算量，从而把程序的优化集中在对程序性能影响最大的代码上去。
通过分析可以看出，在g.723.1的编解码算法中，码本搜索所花费的运算量是比较大的，如find_best()，find_fcbk()，find_acbk()：另外，在lpc分析和lsp参数的计算上也有运算量比较大的，如comp_lpc()，lsp_qnt()，lsp_svq()。
3 代码的优化
代码优化的工作有两大目的：一是执行速度提高，实现实时；二是尽量不扩大程序体积(code size)，使之在内存允许的范围内。显然，两者存在一定的矛盾，当今超大规模集成电路的发展使ram资源不再是系统的瓶颈，因此该部分工作的主要任务是怎样提高执行速度。代码的优化工作主要在ccs环境中进行。优化的原则是要充分考虑c64xx处理器超长指令字、多个运算单元和深度流水线的结构特点，以及避免过多的读写内存指令和程序转移指令，充分发挥其强大的运算能力。具体方法包括(次序有先后)：
3．1基本运算集的优化
g.723.1算法程序是用定点运算完成浮点运算，为了防止定点运算时可能溢出，许多运算需要进行饱和判断，为此程序专门定义了基本运算集，实现诸如饱和加法、饱和乘法、除法和移位等操作。在程序中这些操作调用相当频繁，经ccs的profile工具测试，基本运算函数集的调用占用了95％以上的cpu时间。因此，我们要从基本运算集的优化开始。在熟悉掌握c64xx指令集的前提下，分析基本运算集中各个函数完成的悉掌握c64xx指令集的前提下，分析基本运算集中各个函数完成的功能和对全局变量产生的影响，用c64xx指令取而代之或加以改编。其中包括对跳转和流水线的优化讨论、对乘积的饱和调整和全局变量overflow的相关操作。
由于基本运算集以函数形式存在，两次跳转f函数的调用与返回1必不可少，将引起流水线的两次打断，表现为12个指令周期的占用。将这嵝基本运算函数集改成宏的形式，即将基本运算内嵌(inline)至lj调用程序中，由此町以消除跳转和流水线打断带来的指令周期占用，提高执行速度。虽然这样做增加了代码长度，多占用了一些内存，但由于基本运算函数体积均较小，再经过一定的代码优化，在程序体积上的牺牲几乎町以忽略。
基本运算的函数定义在basic．c文件里面，如果能够对这些简单甬数进行内联指令(intrinsic)的优化，就能达到事半功倍的效果。内联指令是汇编指令的直接映射，具有很高的效率。与此同时带来的一个问题是溢出保护位overflow的判断，这是基本函数里用来标识溢出的全局变量，它的作用等同于csr(control status register)寄存器的sat(saturation)位，当数据溢出时，sat位被系统自动设置为1，所以编解码函数里对overflow的判断可以转化成对sat位的判断。引用csr寄存器时需要在最开始的时候声明extem cregister volatile ansigned int csr。
c64xx指令提供了饱和乘法指令smpy，实现1616位的乘法与饱和结果调整，其执行操作如下：
if(cond){
if((src 1*src2<<1)!=0x80000000)
dst=((src 1*src2)isram //将变量初值表放入内存
. far >sdram
．const>isram //将常数段放入内存
．pinit>sdram
. tin >sdram
．text>sdram
．test >isram
}
一levmdm642bsl．lib //连接库文件
一levmdm642_edma_aic23．164 //连接驱动程序的库文件
一lc6xlx_edma_mcasp．j64 //连接串口mcasp的库文件
其中.test是笔者在c程序内用#pragma code_section或data_section自定义的段。
(2)高速缓冲寄存器cache的使用
cache即高速缓存，是位于cpu和片内存储器之间的规模小速度快的存储器。cache的工作原理是保存cpu中最常用的数据。当cache中保存着cpu要读写的数据时，cpu直接访问cache。由于cache的速度与cpu相当，cpu能在零等待状态下迅速地实现数据存取。只有在cache中不舍有cpu所需的数据时cpu才去访问片内存储器。因此cache的有效利用对整个程序速度的提高有着举足轻重的作用。在主函数中加入以下代码，使cache使能：
cache_clean (cache_l2all,0,0}; //清除cache内原有内容
cache_setl2mode (cache_64kcache)； //设置cache的大小为64k
cache_enablecaching (cache_emifa_ce00)； //cache使能
添加以上代玛后，测试速度由原来的20帧/s提高到了400帧／s。提高了将近20倍。
5 结束语
本文详缁分绍了g.723.1标准的dsp代码优化工作，重点描述了代码优化的方法和本课题的创新点．对于算法中的一些函数提出了独创性改写方法。基于线性汇编的优化以及cache的有效利用使本课题的工作取得了显著成果，在没有降低音质的情况下，实现了dsp的语音实时编解码。
本文作者创新点：在对g.723.1的优化中，针对tms320dm 642 dsp系列芯片提出了一些有价值的新方法。例如：编写连接命令文件．cmd和高速缓冲寄存器cache的使用。这些创新点在不同程度上提高了代码的优化速度和执行效率，在语音编解码的dsp实时实现中起到了关键性作用。
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g.723.1是删组织于1996年推出的一种低码率的语音编码算法标准，也是目前该组织颁布的语音压缩标准中码率最低的一种标准。g.723.1主要用于对语音及其它多媒体声音信号的压缩，目前在一些数字音视频传输、高质量语音压缩等系统中都得到广泛应用。
2 g.723.1算法的复杂度分析
将g.723.1移植到tms320c64xx后，就可借助ti集成开发工具ccs(code composer studio)的profile功能来评估其各个子程序或函数的执行运算量，从而把程序的优化集中在对程序性能影响最大的代码上去。
通过分析可以看出，在g.723.1的编解码算法中，码本搜索所花费的运算量是比较大的，如find_best()，find_fcbk()，find_acbk()：另外，在lpc分析和lsp参数的计算上也有运算量比较大的，如comp_lpc()，lsp_qnt()，lsp_svq()。
3 代码的优化
代码优化的工作有两大目的：一是执行速度提高，实现实时；二是尽量不扩大程序体积(code size)，使之在内存允许的范围内。显然，两者存在一定的矛盾，当今超大规模集成电路的发展使ram资源不再是系统的瓶颈，因此该部分工作的主要任务是怎样提高执行速度。代码的优化工作主要在ccs环境中进行。优化的原则是要充分考虑c64xx处理器超长指令字、多个运算单元和深度流水线的结构特点，以及避免过多的读写内存指令和程序转移指令，充分发挥其强大的运算能力。具体方法包括(次序有先后)：
3．1基本运算集的优化
g.723.1算法程序是用定点运算完成浮点运算，为了防止定点运算时可能溢出，许多运算需要进行饱和判断，为此程序专门定义了基本运算集，实现诸如饱和加法、饱和乘法、除法和移位等操作。在程序中这些操作调用相当频繁，经ccs的profile工具测试，基本运算函数集的调用占用了95％以上的cpu时间。因此，我们要从基本运算集的优化开始。在熟悉掌握c64xx指令集的前提下，分析基本运算集中各个函数完成的悉掌握c64xx指令集的前提下，分析基本运算集中各个函数完成的功能和对全局变量产生的影响，用c64xx指令取而代之或加以改编。其中包括对跳转和流水线的优化讨论、对乘积的饱和调整和全局变量overflow的相关操作。
由于基本运算集以函数形式存在，两次跳转f函数的调用与返回1必不可少，将引起流水线的两次打断，表现为12个指令周期的占用。将这嵝基本运算函数集改成宏的形式，即将基本运算内嵌(inline)至lj调用程序中，由此町以消除跳转和流水线打断带来的指令周期占用，提高执行速度。虽然这样做增加了代码长度，多占用了一些内存，但由于基本运算函数体积均较小，再经过一定的代码优化，在程序体积上的牺牲几乎町以忽略。
基本运算的函数定义在basic．c文件里面，如果能够对这些简单甬数进行内联指令(intrinsic)的优化，就能达到事半功倍的效果。内联指令是汇编指令的直接映射，具有很高的效率。与此同时带来的一个问题是溢出保护位overflow的判断，这是基本函数里用来标识溢出的全局变量，它的作用等同于csr(control status register)寄存器的sat(saturation)位，当数据溢出时，sat位被系统自动设置为1，所以编解码函数里对overflow的判断可以转化成对sat位的判断。引用csr寄存器时需要在最开始的时候声明extem cregister volatile ansigned int csr。
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if(cond){
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. far >sdram
．const>isram //将常数段放入内存
．pinit>sdram
. tin >sdram
．text>sdram
．test >isram
}
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本文作者创新点：在对g.723.1的优化中，针对tms320dm 642 dsp系列芯片提出了一些有价值的新方法。例如：编写连接命令文件．cmd和高速缓冲寄存器cache的使用。这些创新点在不同程度上提高了代码的优化速度和执行效率，在语音编解码的dsp实时实现中起到了关键性作用。
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