基于c6416dsk的音频tcm编解码的程序开发

基于c6416dsk的音频tcm编解码的程序开发内容摘要：

0ny1ny2ny022   101 2 nn y  , y 2 1 02 2 n n nyy  , y 3 2 1 0n n n ny y yy 图 8PSK 调制信号集合分割示意图 令 n 时刻始于第 i 级的同一结点 (子集 )的两个分支所对应的编码比特为 0iny或 1，则在共有 ( 1)m 级的集分割图中，第 i 级 ( 0,1, , 1im)共有 2i 个子集，每8 基于 C6416DSK 的音频 TCM 编解码的程序开发 个子集中包含 12mi 个信号点，其中每个子集对应于不同的 i 个编码比特 10innyy。 因此  10iin n nyyy将唯一地确定第 i 级中的某一子集，从而可以将 iny 看作是该子集的 标值，反映子集在集分割树中的位置，记 iny 的十进制表示为 0 2 1iik  。 ()mm 个 未 编码 比特 和第 ( 1)m 级 子集 的标 值所 共同 组成 的 ( 1)m 元   1 1 1 0, , , , , ,m m m m mn n n n n ny y y y y  y 构成了空间信号点的标号索引。 根据对集合分割示意图的观察，可得出一个重要的性质：如果同级的两个子集标值的最末 q 位相同，而 qny 位不同，则这两个子集的信号点属于集分割树上第 q 级的同一个子集，因此这两个子集中任意两个信号点之间的最小欧氏距离至少是 q ，这一性质称为集分割原理。 对通常二进制编码二维 TCM，信号点与分解子集的映射规则，可以归纳如下： 1) 始于同一状态的转移分支的对应信号应属于同一个经第一级集分割后的子集，即保证从同一 状态发出的分支间至少具有欧氏距离 1 ( 1 为第一次子集分割的信号的欧氏距离 )； 2) 到达同一状态的转移分支对应的信号应属于同一个经第一级集分割后的子集，即保证进入同一状态的分支间至少具有欧氏距离 1 ； 3) 平行转移分支对应的信号点应属于同一个经末级集分割后的子集。 即保证两状态间的平行分支之间具有最大的欧氏距离 1m ( 1m 为末级子集分割后信号点间的欧氏距离 )； 4) 信号点的映射必须保证，在信息码比特中“ 0”、“ 1”分布等概率的假设下，映射所得到的各个信号点出现也是等概率的，并应有尽可能好的规则性和对称性。 这一原则表明一个好的 TCM码应具有规则的结构，这是因为 TCM方案实际上是一种对信号空间作最佳分割的方案，而调制信号空间是对称的，所以最佳分割方案也应具有规则性和对称性。 需要指出的是，从编码符号到空间信号点的映射不是唯一的，只要其满足上述几个原则即可；而且对于 ()mm 个未编码比特，它们如何与子集中的信号点进行映射在 TCM 系统的设计中并不重要，因为它们并不影响 TCM 码的自由欧氏距离，故对编码的性能影响不大。 第二章 TCM 网格编码调制 9 基于 标准的发送端关键技术 ITU 的 V． 34 协议采用了先进的编码技术，能够在公众交换电话网上获得之前数据传输所不能达到的速率，所以迅速成为标准电话线路上快速及可靠通信的选择。 V． 34 协议广泛应用于数据传输中，如何利用传统的数字信号处理器去设计及实现就显得尤为重要。 对于需要发送的数据，遵循 V． 34 协议中信号的处理流程。 处理过程 分为两大部份：发送与接收。 下面分别讲述发送与接收信号的详细处理流程。 本文 中发送端 采用 了基于 标准 [3] 的四维 网格编码调制 (4DTCM)， 结合扰码，分解，壳状映射 [15] 和差分编码等技术 ， 实现 对传输信号的点集进行集合分割映射。 发送端结构如图 所示。 ? ?? ? ? ?????????? ?????????????????????? , , , 1 , , , 2 , , , , .. .,i j k i j k i j k qQ Q Q , 1 , ...,i i kSS  ,i j km,2ijI,3ijI,1ijI()Zm()un0()Um()xn 图 TCM 解决方案发送端结构 扰码及数据分解 单路二进制数据流最先进入的就是 扰码和数据分解单元。 本单元有两个作用：第一，对输入的数据进行扰码，减少连续的 0 或者连续的 1 码以保证位定时恢复10 基于 C6416DSK 的音频 TCM 编解码的程序开发 的质量，还能使信号频谱弥散而保持稳定，改善帧同步和自适应时域均衡的性能。 扰码虽然“扰乱”了数字信号的原有形式，但这种“扰乱”是有规律的，因而也可以解除。 在接收端有专门的解扰过程。 第二，将扰码后的数据分成不同的组，以做后面选点的处理。 协议中，扰码采用一个线性反馈移位寄存器，对应的特征多项式如下 [17]：   1 8 2 31G P z z   (24) S输 入 序 列1z  1z 1z 1z 1z  G输 出 序 列18Gz －Gz － 23 图 扰码器结构图 在 协议中，输出的二维信号序列由映射帧组成。 映射帧可以认为是八个二维符号序列，也可以看作四个四维符号序列，或者是一个十六维符号。 当网格编码对四维符号进行操作的同时，可以认为壳状映射是对十六维符号进行操作。 数据的帧结构如图 所示： i 1 i i + 1 i + 2 i + 3 i + 4j = 0 j = 1 j = 2 j = 3k = 0 k = 1映射帧表示一个 4 维符号表示一个 16 维符号表示一个 2 维符号 图 映射帧结构 映射帧是发射机输出数据的最小单元。 发射机主控程序中每循环一次发送八个符号点的序列，组成一个映射帧 b。 每个映射帧的大小 b 是可变的，根据符号率与数据传输速率的不同而变化。 例如，如果数据传输速率为 28800bps，符号率为3200 符号 /秒，一个映射帧的比特数为 28800/3200/8=72。 本文中采用的是 3429 符号 /秒，数据传输率为 33600bps,一个映射帧的比特数大小为 79。 我们将加扰后输出的数据块分解为不同的组，以供后续的处理，分解后的数据形式如下： 第二章 TCM 网格编码调制 11  ,1 ,2 , ,...,i i i KS S S      , 0 . 0 , 0 , 0 , 0 , 1 , 0 , 0 , 2 , 0 , 0 , , 0 , 1 , 1 , 0 , 1 , 2 , 0 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q      , 1 . 1 , 1 , 1 , 0 , 1 , 1 , 0 , 2 , 1 , 0 , , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 2 , 1 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q      , 2 . 2 , 2 , 2 , 0 , 1 , 2 , 0 , 2 , 2 , 0 , , 2 , 1 , 1 , 2 , 1 , 2 , 2 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q      , 3 . 3 , 3 , 3 , 0 , 1 , 3 , 0 , 2 , 3 , 0 , , 3 , 1 , 1 , 3 , 1 , 2 , 3 , 1 ,1 , 2 , 3 , , , .. ., , , .. .,i i i i i i q i i i qI I I Q Q Q Q Q Q 分解后的 K 比特 S 序列数据送给壳状映射，四组  ,3 , 2i j i jII进行差分编码。 其余部分直接参与选点。 I 表示映射帧的序号。 其中，四组 I 比特是固定的， S 序列与 Q 序列根据常数 K 和 q 的值不同而变化， K 和 q 的值取决于数据传输速率的大小。 映射帧的大小不同，两个常数的值也不同。 b,K,q 三者的关系为： 0 if b 1 2。 0 K 3 21 2 8 if b 1 2。 KK b q     (25) 例如，数据传输速率为 9600bit/s 时， K=20， q=0，一个映射帧的比特数则为20+3*4=32 比特。 当数据传输速率为 14400bit/s 时， K=28， q=1，一个映射帧大小为 28+12+8*1=48 比特。 当数据传输速率为 19200bit/s 时， K=28， q=3，映射帧大小为 28+12+8*3=64 比特。 壳状映射 壳型映射（ shell mapping）是 协议中的一个关键 技 术，它与 网 格编码结合，通过超星座 图 来实现符号到信号点的映射。 其实质是一种星座整形方法，目的是使信号点在扩展的星座 图 上达到近似高斯分布，使得功率小的星座点出现的概率增大，信号平均功率减小，获得整形增益；另外通过壳型映射增加 了星座点间欧氏距离，因而增强了抗干扰能力。 在编码增益已 经 很高的系统中，提高整形增益有着非常重要的意义。 本 文 首先对壳型映射的原理及多维圆环的权重排列做出介绍，重点说明 中的壳型映射算法 实现。 1 壳型映射的原理 壳状映射是一种一次对一组信号进行编码的方法，它可以很好地与多维编码方式相结合，而且支持非整数比特的情 况，使我们可以使用任意的符号率与比特率的组合。 12 基于 C6416DSK 的音频 TCM 编解码的程序开发 算法是把多维星座 图 所对应的二维星座 图 分成 M 个圆环，各圆环用不同数值0， 1， 2， …… ， (M1) 表示，称之为权重。 圆环 0 由 L/M（ L 为所选二维星座 图上总信号点数）个最低功率信号 点组成，圆环 1 到 (M1)依次选取 L/M 个未被选取的低功率信号点。 N 个圆环在一起构成 N 维圆环序列，一共有 M N种排列方法。 N维圆环序列的权重为各个圆环权重的总和。 星座映射时，先由壳型映射单元找到信号所在的圆环，再在圆环中确定下来最终的星座点。 如 图 所示。 壳型映射的核心思想，就是把 M N个 N 维圆环序列，按权重递增的规律排列成一个表，权重最小的序列位于表头，最大的位于表尾。 其中，具有相同权重的序列叫做一个壳。 位 于表头的序列标号为 0，下面的序列依次加 1，则表尾的标号为 M N1。 算法利用 K 个映射比特，可选取表中 2 K个最接近表头的序列，即能量最小的 2 K个序列。 这样，权重小的也就是功率小的星座点出现的概率增大，从而使信号平均功率减小，达到了星座整形的目的。 2 多维圆环的排列准则 在解释算法之前，先简要介绍一下多维圆环的排列方法： 对于 i 维圆环 Xi， G(Xi)表示 Xi 的权重， Xi 前半部分和后半部分分别表示为 XiH=[X1， X2， ...， Xi/2]和 XiE =[Xi/2+1， Xi/2+2， ...， Xi] 对于两 个 i 维圆环 Ai 和 Bi，排序依照以下原则： ① 当 G(Ai)G(Bi)时， Ai 在表中的位置在 Bi 之前； ② 当 G(Ai)=G(Bi)时，且 Ai≠Bi，若 AiH在圆环序列长度为 i/2 的表中所处位置位于 BiH之前时，则 Ai 在圆环序列长度为 i 的表中所处位置位于 Bi 之前； ③ 当 G(Ai)=G(Bi)时，且 AiH=BiH， AiE≠BiE，若 AiE在圆环序列长度 i/2 的表中所处位置位于 BiE之前时，则 Ai 在圆环序列长度为 i 的表中所处位置位于 Bi 之前。 3 中的壳型映射编码算法 [15] 首先， 协议每次运行时在最初的握手过程中会确定下来三个映射参数：圆环数 M、星座点数 L、壳型映射输入比特数 K。 根据 M，先要计算出四个表： g 2 (p)、 g 4 (p) 、 g 8 (p) 、 z 8 (p)。 其中 z 8 (p)表示权重小于 p 的八维圆环序列的个数，g 2 (p)、 g 4 (p) 、 g 8 (p)分别表示权重为 p 的二维、四维、八维圆环的个数。 第二章 TCM 网格编码调制 13 首先定义： 2 ( 1 ) 0 p 2 ( M 1 )0。