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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。<!--摘要CH(結束)←-->
<!--→關鍵CH(開始)--> 關鍵詞：TETRA；話音編碼；ACELP；DSP
<!--關鍵CH(結束)←--><!--→標題EN(開始)--><!--關鍵EN(結束)←-->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：
（1）將晶振產生的外部時鐘源直接輸入到X2／CLKIN引腳，X1懸空。
（2）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。
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：
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。
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。
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。
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參考文獻
［1］ETS300 395 2 Speech CODEC for full－ratetrafficchannel；Part2：TETRACODEC
［2］TMS320VC5409Afixed-point digital signal processor．
［3］TLV320AIC20 low power, highly-integrated programmable 16 B 26-KSPS dual channel codec.
［4］戴明楨，周建江．TMS320C54x DSP結構、原理及應用［M］．北京：北京航空航天大學出版社，1999．
66821730(技術支持)
