目前，大多数数字对讲机方案都是基于通用芯 片平台，集成度低，功耗较高，价格昂贵，调试复 杂，不利于产业化。随着集成电路技术的发展，基 于声码器与微控制器的对讲机方案得到了较快的发 展，声码器通常使用专用语音编解码芯片完成语音 收稿日期：2012-05-11。

男，硕士研究生，主要研究方向为无线通信系 统、语音信号处理、FPGA开发；杨骁（1978-)， 男，讲师，博士，主要研究方向为模拟集成电 路设计、混合信号集成电路设计、射频集成电 路设计、信号处理。
数字化处理。为了简化系统维护，方便使用操作， 采用通用数字信号处理器作为基带处理核心，实现 声码器功能,使语音处理灵活，具有更好的通用性和 扩展性。

1系统的硬件设计

根据该基带系统在功耗、成本及扩展性等方面 考虑，需要完成模拟语音信号数字化转换及处理， 无线信道传输。系统总体结构方案如图1所示。
图1系统硬件结构

系统主要由AIC23数模转换模块、DSP语音处

理模块、微控制单元(MCU)模块和CC1101射频模 1^4部分构成。

1. 1 DSP处理模块

基带系统处理核心是基于通用DSP形成的数字 语音处理单元，实现数模转换模块AIC23的控制， 完成MELP声码器。选择TMS320VCM10作为基带系 统处理核心，它有如下特点⑴：双乘加器(MAC)结构, 代码执行效率高;320KWord的RAM，可以减少扩展功 耗较大的片外存储芯片;丰富的片上外设,如：外部 存储器接口（EMIF，External Memory Interface)、 直接内存存取(DMA, Direct Memory Access)控制 器、多通道缓冲串行口（McBSP，Multi-channel Buffered Serial Port)等；先进的电源管理技术 降低系统功耗。通过EMIF接口扩展256KWord的 Flash存储器，用于上电后系统程序的加载，和电 源、时钟管理、JTAG模块构成DSP的最小系统。

1.2数模转换模块

TLV320AIC23是H公司推出的一款高性能、低 功耗立体声音频编解码器[a。它可以和TI的DSP无 缝连接，通过DSP的McBSP接口与其进行连接， McBSP 1用于配置工作参数，McBSP2用于传送模数 (A/D)、数模(D/A)转换的数据。AIC23和DSP的 输入输出接口（I/O)电压兼容，使系统设计简单。

1. 3 MCU模块

控制器MCU主要实现对外围器件的控制和设 置，进行按键扫描检测、基带信号的发送与接收、 与DSP之间数据的交换和实现通信协议。选择 MSP430F149作为主控制器 ' 其通用同步/异步接 收/发送器(USART)串口与DSP进行通信。USART1 与DSP的McbspO接口连接，通过串行外设接口 (SPI) 进行数据通信；USART0与射频模块进行连接通信。 1. 4射频模块

射频模块主要完成数字基带信号调制解调，规 定比特符号和码元之间的关系，并建立频率同步和 码元同步。射频模块采用TI的CC1101芯片，集 成了一个高度可配置的基带调制解调器，支持四进 制频移键控（4FSK)、高斯频移键控（GFSK)、最小 移频键控（MSK)等调制方式。单片机通过SPI方式 实现对CC1101运行参数和64字节发送/接收先入先 出队列(FIFO)的控制[3]。

2系统软件的设计

软件主要是DSP与MSP430的程序设计,包括数 据采集、语音处理、MCU控制处理。接收时，CC1101 接收无线传输来的调制信号，解调后送到MSP430完 成数据组帧恢复，得到数字编码码流。与DSP进行 通信,DSP对其进行解码恢复成数字语音码流，送到
AIC23进行D/A转换为话音信号。发送时，由麦克 风输入的语音经AIC23进行A/D采样，由DSP进行数 字压缩编码，再送到单片机进行填充组帧，最后由 射频模块进行调制后发射出去。

2. 1数据采集

DSP与AIC23之间的数据交换采用DMA的工作 方式减轻数据采集时DSP的负担，同时进行声码 器处理。采用兵兵(Ping-Pong)存储结构,每当串 口 Mcbsp2发送/接收到一个单元数据，自动触发DMA 将其存入一个存储块中，例如Ping存储区，当存储 满时会中断CPU进行数据处理。同时，DMA会自动 去操作Pong存储区，继续采集数据。这样可以有效 防止数据在处理时被新数据覆盖的情况，而且 Ping-Pong之间自动切换，可以不间断对数据进行 采集，适合流水线式处理，完成数据的无缝缓冲与 实时处理。

2. 2语音处理

语音处理模块主要实现MELP声码器算法5]。 语音帧长22. 5 ms,每帧数据用54 bit进行编码。 MELP声码器分为分析器和合成器两部分。分析器实 现对原始语音信号进行帧分析处理，其流程图如图 2所示。首先经过高通滤波器进行预处理,滤除直流 工频干扰，然后完成各个语音段的特征参数（基音 周期、带通清/浊音强度、非周期脉冲标志、线谱 对（LSF, Linear Spectrum Pairs)参数、增益估计 和傅里叶谱幅度等）的提取，最后进行量化编码和 组帧。
图2 MELP声码器分析流程

合成器用于对接收到的码流进行解码恢复，首 先进行解包、排列，然后译码生成混合激励信号， 先后经过自适应谱增强，线性预测编码参数（LPC, Linear Predictive Coding)合成滤波，增益控 制，脉冲离散滤波等步骤处理，在接收端重构输入 的语音信号[5]。合成器的流程图如图3所示。

声码器模块采用MELP标准的C程序开源代 码。在DSP移植过程中，需要对其进行优化，以满 足实时性要求。主要从以下几个方面对MELP的定 点C代码进行优化。
图3 MELP声码器合成流程

(1)编译器优化选项和inline函数方法优化[6]

采用优化选项的优化级别-02，得到较高的代码

优化效率。对小函数用inline关键字限定，当函数 较常被调用时，可以减少调用的时间开销，获得较好 优化效果。

(2)使用ETSI函数m

调用mathhalf文件中基本运算函数非常频繁， 运行效率低。将这些函数用ETSI函数代替，当代码 中调用了这些函数时，编译器会自动把优化过的汇 编代码嵌入到程序中，可以节省很多时钟周期，优化 效果很好。

(3)数据内存的优化

对存储器进行合理规划，将程序代码和常量系 数分配到单访问随机存储器(SARAM，Single Access RAM)中，把频繁访问的变量、堆栈等放在双访问随 机存储器(DARAM，Dual-Access RAM)中，充分利用 片内内存，提尚程序的执行效率。

(4)对程序结构进行简化

对代码结构进行优化，减少一些不必要的代码 的运行，比如logicO;等测试函数。将算法中用到 MEM—ALL0C0等动态分配内存的函数，根据运行时所 需的空间大小在函数中直接给出，减少库函数的调 用，防止破坏软件流水执行。

(5)循环优化[8]

对算法中循环部分进行优化。利用其硬件结构、 寻址方式进行修改，减少分支和调用等指令，合理 安排代码处理流程。充分利用其指令执行时的流水 线特点，提局执行效率。