为了保证帧边界处理的连续性，输入数据缓存应该设计成圆缓冲的形式，其长度应能存储两帧声音输入数据.当DSP在处理一帧数据时，输入数据可以缓冲到另一帧.这样，数据移动的开销就节约了.同时，输入数据的组织还要利于声学模型的FFT运算，FFT需要利用ADSP-2181的地址反转寻址模式.由于 FFT计算和输入数据的缓存是同时进行的，所以FFT计算的指针需要地址反转，而输入缓冲的指针却不能地址反转，否则会导致输入声音数据排列混乱. ADSP-2181提供这种能力，它的第一地址指针组I0，I1，I2，I3有地址反转能力，而第二地址指针组I4，I5，I6，I7却不受地址反转模式的影响.所以从第二地址指针组中选择指针进行输入缓冲，从第一地址指针组中选择指针进行FFT计算.
(3)声学模型的改进 用DSP实现心理声学模型的一个难题是其中有大量的对数运算，虽然可以用多项式逼近求得其近似值，但是其巨大的运算量说明这不是一个明智的选择.在改进的心理声学模型中，FFT运算后并不立即换算到对数域，而是用分段折线逼近线性域的掩蔽效应曲线.为简单起见，使用与标准一致的分段方法.逼近采用取指数的多项式展开的一次项的方法，这种方法虽然比较粗糙，但正如前面分析的那样，声学模型在16bit定点实现时不是主要矛盾，因而还是可以接受的.
得到掩蔽门限以后，为计算信掩比供比特分配使用，还是需要从线性域转换到对数域.这时，我们采用一种利用ADSP-2181移位器的近似计算方法.通过EXP指令，可以提取2进制补码小数的指数，对能量而言又有1bit约3dB.因而指数值乘3就近似得到该补码小数的dB值，尾数部分的影响忽略不计.
(4)比例因子的编码 MPEG声音编码标准中一共给出了63个比例因子，但是并不是所有这些比例因子都可以用16bit的2进制数表示.如果用双字进行精度扩展，在量化时又将面临双字除法的巨大开销，因此，只使用其中可以用16bit的2进制补码小数精确表示的子集，即序号为3的倍数且小于等于45 的比例因子.
采用比例因子子集后，比例因子编码就可以不再通过比较的方法得到，而可以直接通过计算子带最大幅度的指数获得，简化了比例因子的编码.
(5)软件仿真结果 结合上述各项算法改进，根据ADSP-2181的特点和MPEG标准，用AD公司的开发软件进行了软件仿真.表1列出了仿真得到的各个模块对运算量和存储量要求进行的估算结果.仿真在抽样率为48kHz，编码模式为立体声，输入信号为频率为1kHz的正弦波，输出码率为 192kbit/s的情况下进行.
由表1可知，ADSP-2181的性能得到了较充分的利用.仿真结果表明，在以上的条件下，解码输出的信噪比可达80dB左右.可见，所作的算法改进是比较有效的.
表1 各模块的运算量和存储量要求
4 硬件设计
硬件结构框图如图3所示.各模块的基本功能如下：
DSP核：除完成所有编码算法以外，还要完成对模数转换电路的初始化配置；通过辅助控制电路选择抽样时钟，通过接口电路接受主机的编码参数.
辅助控制电路：由FPGA及附属电路实现，完成时钟的产生、FIFO状态的监测、地址译码等功能.
输出缓冲：编码码流的暂时存储区，同时提供完全异步的输出接口方式.在需要实现图象声音唇形同步的应用中特别有用.
外部存储器：包括BDMA空间、I/O空间.
模数转换电路：完成声音的数字化，直接与DSP的串口0连接.抽样频率由外部提供的256倍抽样时钟的频率决定，正常工作前需要进行初始化.
接口电路：接口电路分为两部分，一部分是编码输出接口，另一部分是与主机连接的接口.主机接口使用RS232接口芯片完成DSP串口1与主机串口的连接，DSP使用中断和内部计时器实现异步串型通信.
上述方案已经在“九五”科技攻关项目中实现，实时编解码的声音通过了主观测试.
*国家“九五”重点科技攻关资助项目
作者单位：林胜 门爱东 北京邮电大学电信工程学院，北京100876；第一作者25岁，男，博士生
参考文献
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