基于FPGA的语音压缩G.729协议的AXI总线设计与验证

摘要

语音压缩是现代多媒体通信中实现低速率语音通信的关键技术，它的性能高低直接影响整个系统的网络带宽、实时性以及语音通信质量。G.729语音压缩算法是由国际电信联盟提出的，具有较低编码速率、较低延时和较高合成语音质量的高效压缩算法。然而，影响系统实时性的，除了算法的处理延时之外，高效的传输策略也是一个不可忽略的重要因素，而基于AXI总线的片上互连总线具有高带宽、低延时、支持突发传输等特性得到广泛的应用，因此针对G.729语音压缩算法，研究其基于AXI总线的互连通信具有一定的工程意义与价值。
　　论文首先研究了基于AMBA总线的互连和通信机制，了解当前业界主流的片上总线的协议类型，重点研究了基于AXI4总线协议的协议特性和SOC架构。然后，结合算法实际应用需求，提出基于AXI4总线的语音压缩G.729算法的SOC验证框图，并针对音频收发控制单元进行了详细的模块划分和功能定义。
　　论文采用自顶向下的设计方法，对语音压缩G.729算法音频收发控制单元进行了模块的划分和结构的设计，采用Verilog HDL完成了音频接口的串并与并串转换、128话路的通道复用与解复用、A律的压缩编码与解码、基于AXI总线的主设备接口转换以及DDR的传输与存储等模块的RTL设计。采用Modelsim仿真软件完成了模块及环路系统的功能仿真，并给出相应的仿真结果。利用Vivado开发平台进行设计的综合、布局布线，并给出RTL级的视图和逻辑资源的使用情况。最后基于XILINX公司KC705开发平台进行验证，实现了基于AXI总线的算法前端接口的传输与存储测试。功能仿真和FPGA验证结果表明，本文设计的基于AXI总线的G.729语音压缩算法接口模块可以完成数据的传输与通信。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 研究现状

1．3 论文主要内容与结构安排

第二章 AXI总线与SOC概述

2．1 AXI总线产生背景

2．2 AXI总线基本架构

2．2．1 AXI总线通道结构

2．2．2 AXI总线通道接口信号描述

2．2．3 AXI总线基本读写操作

2．2．4 AXI总线通道握手协议

2．3 基于AXI总线的SOC体系架构研究

2．3．1 SOC系统设计流程

2．3．2 AXI总线协议特性和应用分析

2．3．3 SOC系统总线架构和性能参数

2．4 本章小结

第三章 G.729语音压缩算法总体验证方案设计

3．1 硬件平台简介

3．2 设计需求分析

3．3．1 语音压缩算法SOC设计方案

3．3．2 系统架构设计中的考虑

3．3．3 硬件模块划分

3．4 本章小结

第四章 G.729语音编解码接口模块逻辑设计

4．1 音频接收模块设计与实现

4．1．1 音频接口的串并转换

4．1．2 128话音通道解复用

4．1．3 A Law压缩解码

4．1．4 AXI写通道接口转换

4．2 音频发送模块设计与实现

4．2．1 AXI读通道接口转换

4．2．2 A Law压缩编码

4．2．3 128话音通道的复用

4．2．4 音频接口的并串转换

4．3 数据存储与DDR通信

4．3．1 DDR Controller IP核定制

4．3．2 128话音通道地址控制模块设计

4．4 本章小结

第五章 功能仿真与FPGA验证

5．1 软硬件环境

5．2 功能仿真

5．2．1 测试平台搭建

5．2．2 模块功能仿真

5．2．3 系统功能仿真

5．3 综合与FPGA验证

本章小结

第六章 总结与展望

工作总结

下一步工作方向

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间已发表论文