Vocoders used in digital mobile phones adopt new improved algorithms to achieve better communication quality. Therefore the communication problem occurs between mobile phones using different vocoder algorithms. In this paper, the efficient implementation of 8kbps and 13kbps QCELP into one DSP chip to solve this problem is presented. We also describe the optimization method at each level, that is, algorithm-level, equation-level, and coding-level, to reduce the complexity for the QCELP vocoder algorithm implementation. The complexity in the codebook search-loop that is the main part for the QCELP algorithm complexity can be reduced about 50% by using these optimizations. In the algorithm-level, we propose a method to reduce the complexity of codebook search using the minimum error counter. We adopt a simple criterion in the equation-level optimization for reducing the computation of codebook search. In the coding-level, we propose an optimization method for the convolution computation by utilizing the characteristics of the DSP pipeline structure. The QCELP implementation with our DSP requires only 25 MIPS of computation for the 8kbps and 33 MIPS for the 13kbps ones. The DSP for our real-time implementation is a 16-bit fixed-point one specifically designed for vocoder applications and has a simple architecture compared to general-purpose ones in order to reduce the power consumption.
디지털 이동통신 단말기에서 사용되는 보코더는 통화 품질을 높이기 위하여 새로운 알고리즘들을 채택함에 따라 서로 다른 알고리즘을 사용하는 단말기 간의 통신이 문제가 된다. 본 논문에서는 8kbps QCELP 및 13kbps QCELP 보코더 알고리즘을 하나의 DSP 칩에 효율적으로 구현함으로써 이러한 단말기 사이의 통신 문제를 해결하였다. 또한 QCELP 보코더 알고리즘을 실시간 구현하는데 있어 계산량 감소를 위한 단계별 최적화 방법에 대하여 기술하였다. 최적화 방법에서는 알고리즘 레벨, 수식 레벨, 코딩 레벨의 단계별 최적화 과정을 통하여 계산량이 가장 큰 부분인 코드북 검색 루프에서 약 50% 정도의 계산량을 감소하였다. 알고리즘 레벨에서는 코드북 검색 시 코드벡터 전체를 검색하지 않고, 최소오차 카운터를 사용하여 검색횟수를 제한 함으로써 계산량을 감소 하였다. 수식 레벨에서는 코드북 검색 과정에서 간단한 판별식을 적용하여 조건을 만족하는 경우에만 검색을 수행함으로써 계산량을 감소 하였다. 코딩 레벨에서는 피치검색 및 코드북 검색에서 사용되는 콘볼루션 계산의 어셈블리 루틴을 DSP의 파이프라인 특성을 이용하여 최적화 함으로써 계산량을 감소하였다. 각 단계에서의 계산량을 감소를 위한 최적화 과정을 통해 8kbps QCELP는 25 MIPS, 13kbps QCELP는 33 MIPS에 각각 구현하였다. 실시간 구현에 사용한 DSP는 자체 설계한 16 비트 고정소수점 DSP로써 보코더 알고리즘의 구현에 적합하도록 설계되었고, 저전력을 실현하기 위하여 범용의 DSP에 비해 매우 간단한 구조를 가지고 있다.
