1. Develop and Implementation of the Speex Vocoder on the TI C64+ DSP
Students – Eyal Tirkel
Roy Nahum
Supervisors – Prof. Ilan Shallom
Mr. Amir Artsi
Mr. Guy Shterlich

2. Presentation Overview
Subject covered :
Goal & Motivation
Speex Vocoder
DSP quick overview
TI C64x+ DSP
Optimization process
Optimization results so far
מטרות
תאוריה
אופן העבודה
ותוצאות

3. Project Goal
Develop and Implement a Speech VoCoder, Speex, on the TI C64+ DSP
Probe the VoCoder and verify compatibility.
Analyze and profile the VoCoder for complexity and real-time consumption of different parts in the code.
Optimization in both C & Linear assembly for real-time processing with TI C64+ DSP.
מימוש דוחס קול ספיקס
על מעבד DSP
לימוד תאוריה של עיבוד אות דיבור
לימוד של ה ספיקס והמעבד הספציפי
ביצוע אופטימיזציה להשגת ביצועיים מייטביים
Codec
Codec
INTERNET

4. Motivation
Usage of Internet Protocol (IP) for voice transfer is increasing rapidly, thus rising the need low bit-rate voice transmission while preserving quality.
Reduce product costs :
Algorithm - Speex is patent-free.
Hardware - TI C64+ shelf fixed-point DSP.
רשת האינטרנט נפוצה
שימוש בתשתית האינטרנט במקום תשתית יעודית
הורדת עליות ע"י שימוש ברשת זאת
ע"י שמיש בדוחס דיבור חינמי
ע"י שימוש במעבד מוצר מדף נפוץ

5. VoIP Voice over Internet Protocol – VoIP
Transmission of voice on the widely spread IP network (i.e. Internet).
Packets-based communication
Same network for all services
TV, web, phone
רשת נפוצה – לתת דוגמא את סקייפ
ישנם התאמות שיש לבצע
הרשת מבוססת פקטות
מידע דיגיטאלי ורצוי בעל נפח קטן ככל האפשר
שימוש באותה תשתית לשירותים שונים

6. Speex - Overview Source-Filter Speech Model
Minimal info needed from past frame
CELP (Code Excited Linear Prediction) algorithm
Analysis by Synthesis
מהו ספיקס מזה ווקודר
דוחס דיבור מבוסס על מודל דיבור
למה חשוב לא להיות תלוי במידע קודם

7. Source-Filter Speech Model
The vocal cords are the source of sound (excitation signal)
The vocal tract acts as a filter to spectrally shape the various sounds
Haaa
תיאור מערכת הדיבור מהראות דרך מיתרי הקול ובסוף חלל הפה
למה מקבילים לכל דבר

8. Speex Codec Concept Excitation Generator – pattern selected by code
Filter - for Linear prediction
AbS – מכיל מפענח פנימי
LP – פילטר
CE – קוד המייצג סידרת עירור

9. DSP – Digital Signal Processor
Multiple arithmetic units executing in parallel
Dedicated arithmetic operations (MAC etc.)
SIMD (single instruction multiple data) optimized
Memory streaming optimization (IDMA, cache)
Hardware controlled looping
Hardware modulo addressing for circular buffers
Saturation arithmetic
קשר לפרויקט
DSP ביחס למעבד רגיל
יעודי
זול
אריתמטיקה
MAC
SIMD
DMA
LOOPS

10. TI C64+ DSP TI C64+ DSP Highlights Up to 8000 MIPS
Fixed-point architecture
32-bit register size
VLIW architecture – Execute 8 instructions per cycle
Two parallel data paths
64 general-purpose registers
8 functional units (2 Multipliers & 6 ALUs)
Internal DMA
להזכיר שיש ווריאציות שונות למעבד

11. TI C64+ DSP TI C64+ DSP Block Diagram סכמת בלוקים
בלוקים היקפיים – Dma , cache
PF – 256 ביט

12. TI C64+ DSP - example Paralleling Instructions: טעינת פקודה SPLOOP
שני בנקים של אוגרים
יחידות שונות

13. Optimization process - Profiling
TI Profiling tool output
לקשר בין החומר הקודם לאופטימיזציה
להסביר מה זה פרופיליניג
להציג את הדוגמא
לציין כי זהו תהליך איטרטיבי

14. Optimization Process – Selecting functions
Analyzing the profiling results can show which functions have a greater impact on overall performance.
שמות פונקציות

15. Optimization Process – Optimizing methods
Sample optimization method
Consider convolution :
Can be coded like:
𝑦[𝑛]= 𝑚=1 𝑀 𝑥 𝑚 ℎ[𝑛−𝑚]
for (n=0; n<N; n++) {
for (m=0; m<M; m++)
y[n] = y[n] + x[m] * h[n-m]; }
for (n=0; n<N; n++) {
for (m=0; m<M; m++)
tempreg = tempreg + x[m] * h[n-m]; }
y[n] = tempreg;

16. Optimization Results

17. Optimization Results
Encoder speed-up: 4.74
Decoder speed-up : 3.21

18. Why the hard work? 1Ghz TI C64x+ DSP Addition of 47 calls  460%
Before: 13 concurrent voice calls
After: 60 concurrent voice calls
Addition of 47 calls  460%

19. Thank You For Listening