2021-08-13

Posted 2021-09-06 信盈达-周老师

开源一个SPEEX全双工数字对讲机。用NRF24L01实现了全双工通信，就像打电话一样，目前实现的只是点对点，直线距离测试最远有300M，用了网上那种加了PA的模块。电路采用STM32F103R作为主控制芯片。
注意：
8k采样，是1S/1KB 的数据量，也就是1MS一个B，压缩率真的很高。音质和打电话差不多，噪音很小。其实要传的数据量很小，1S/KB 的数据量，这里选择2.4G的原因是因为要用应答包携带数据来回传数据，不然收发模式切换会很慢，达不到全双工的要求。

无线数字全双工对讲机电路：

无线数字全双工对讲机源码截图：



和大家分享一下SpeexLib使用中的一些小技巧：
1.先讲一讲这个东西怎么用
    其实讲到这里，很多人都会想到ST有提供的现成的基于F103系列的库，没错我就是从这个库里面研究起来的，这个库有他的优点：ST专门对几个滤波器函数优化过，使用汇编写的，删除了一些子模式，并且使用定点运算，再这里先贴一下被ST优化过得那几个函数名称：filter_mem16（）， inner_prod（），vq_nbest（）等等，之所以这样才得以在103上面可以运行起来，缺点嘛：就是被阉割过了，只能使用一个模式，你如果想要更高的语音质量就别想用这个库了，它里面默认的质量是4，最好的质量等级是10,，具体的可以看下面的那个结构体：

初始值

其实如果真做语音压缩一类的话，我推荐用F407，开启FPU。或者DSP，优点嘛有很多，其中我认为最有用的就是里面的VBR了，可以做动态变比，也就是当你有语音信息的时候就会编出比较多的数据，没有语音信息时编出的数据非常少,只有1个Byte，这个也就引出了后面的DTX，它的意思就是说你没有语音信号的时候可以不传数据，想想这是不是很方便呢。好这个先提到这里，后面还有预处理什么的，这个VBR就放到后面来讲。有了上面这些参数的定义我们可以初始化到Speex里面去了，可以这样操作:

在这里特别提醒一下大家，这个库使用了一些内存分配，需要从堆里面去开辟内存，所以你的程序如果一运行到初始化就进入硬件错误，没关系，堆开大点就好了，一般对于编码解码来说 ：0x8000的大小就可以了。后面说说怎么编码吧:

这里注意这个Nbyte，不要被ST提供的那个库给迷惑了，正确的用法是这样。
解码是这样：

这里有一些代码是用于缓存语音的，所以自己写了一个环形队列，为了方便大家阅读，我把代码贴出来：

/**
  ******************************************************************************
  * @file    MemQueue.C
  * @author  Luoxianhui R&D Driver Software Team
  * @version V1.0.0
  * @date    06/09/2013
  * @brief   MemQueue»·ÐζÓÁлº´æ
  ******************************************************************************
/
  
/ Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include “MemQueue.h”
#include “define.h”
#include “includes.h”
/* @addtogroup MemQueue_Driver
  * @{
  */

/** @addtogroup Mem
  * @{
  */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------/
/ Private define ------------------------------------------------------------/
/ Private macro -------------------------------------------------------------/
/ Private variables ---------------------------------------------------------*/
SqQueueChar TestQueue;
// SqQueueChar RxQueue;
// SqQueueChar TxQueue;
SqJitterQueueChar RxQueue;

SqQueueShort AdQueue;
SqQueueShort DaQueue;
/* Private function prototypes -----------------------------------------------/
/ Private functions ---------------------------------------------------------*/
void InitQueueChar(SqQueueChar *Q, INT32U F, INT32U E);
INT16U QueueLenthChar(SqQueueChar *Q);
SqQueueSta EnQueueChar(SqQueueChar *Q, INT8U Data);
SqQueueSta DeQueueChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data);
SqQueueSta EnQueueStrChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data,INT16U No);
SqQueueSta DeQueueStrChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data,INT16U No);

void InitQueueShort(SqQueueShort *Q, INT32U F, INT32U E);
INT16U QueueLenthShort(SqQueueShort *Q);
SqQueueSta EnQueueShort(SqQueueShort *Q, INT16S Data);
SqQueueSta DeQueueShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data);
SqQueueSta EnQueueStrShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data,INT16U No);
SqQueueSta DeQueueStrShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data,INT16U No);

void InitJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT32U F, INT32U E);
INT16U JitterQueueLenthChar(SqJitterQueueChar *Q);
SqQueueSta DeJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT8U *Data, INT16U *No);
SqQueueSta EnJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT8U *Data, INT16U No);

void InitQueueShort(SqQueueShort *Q, INT32U F, INT32U E)
{
        Q->sRear  = 0;
        Q->sFront = 0;
        Q->BufFullShortScal = F;
        Q->BufEmptyShortScal = E;
       
}

INT16U QueueLenthShort(SqQueueShort *Q)
{
        return(((Q->sRear) - (Q->sFront) + BufSizeShort) % BufSizeShort);
}

SqQueueSta EnQueueShort(SqQueueShort *Q, INT16S Data)
{
        if((((Q->sRear)+1) % BufSizeShort) ==  (Q->sFront))  return FALSE;
        (*Q).gBuf[Q->sRear] = Data;
        Q->sRear = (Q->sRear + 1) % BufSizeShort;
        return TRUE;
}

SqQueueSta DeQueueShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data)
{
        if(Q->sRear == Q->sFront) return FALSE;
       
        *Data = (*Q).gBuf[Q->sFront];
        Q->sFront = (Q->sFront + 1) % BufSizeShort;
        return TRUE;
}

SqQueueSta EnQueueStrShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data,INT16U No)
{
        OS_CPU_SR cpu_sr=0;

INT16U i = 0;
        INT16U Len = 0;

Len = QueueLenthShort(Q);
        if(Len >= Q->BufFullShortScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufFull;
        }
        if(Len <= Q->BufEmptyShortScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufEmpty;
        }
        if( Len >= (BufSizeShort-No)) return FALSE;       
        OS_ENTER_CRITICAL();
        for(i=0; i<No; i++)
  {
                EnQueueShort(Q,Data[i]);
  }       
        OS_EXIT_CRITICAL();
        return TRUE;
       
}

SqQueueSta DeQueueStrShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data,INT16U No)
{
        INT16U i = 0;
        INT16U Len = 0;
        OS_CPU_SR cpu_sr=0;
        Len = QueueLenthShort(Q);
        if(Len >= Q->BufFullShortScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufFull;
        }
        if(Len <= Q->BufEmptyShortScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufEmpty;
        }
        if(Len <= No) return FALSE;
  OS_ENTER_CRITICAL();
        for(i=0; i<No; i++)
        {       
          DeQueueShort(Q,&(Data[i]));
        }
        OS_EXIT_CRITICAL();
        return TRUE;
}

void InitQueueChar(SqQueueChar *Q, INT32U F, INT32U E)
{
        Q->sRear  = 0;
        Q->sFront = 0;
        Q->BufFullCharScal = F;
        Q->BufEmptyCharScal = E;
}

INT16U QueueLenthChar(SqQueueChar *Q)
{
        return(((Q->sRear) - (Q->sFront) + BufSizeChar) % BufSizeChar);
}

SqQueueSta EnQueueChar(SqQueueChar *Q, INT8U Data)
{
        if((((Q->sRear)+1) % BufSizeChar) ==  (Q->sFront))  return FALSE;
        (*Q).gBuf[Q->sRear] = Data;
        Q->sRear = (Q->sRear + 1) % BufSizeChar;
        return TRUE;
}

SqQueueSta DeQueueChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data)
{
        if(Q->sRear == Q->sFront) return FALSE;
       
        *Data = (*Q).gBuf[Q->sFront];
        Q->sFront = (Q->sFront + 1) % BufSizeChar;
        return TRUE;
}

SqQueueSta EnQueueStrChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data,INT16U No)
{
        INT16U i = 0;
        INT16U Len = 0;
        OS_CPU_SR cpu_sr=0;
        Len = QueueLenthChar(Q);
        if(Len >= Q->BufFullCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufFull;
        }
        if(Len <= Q->BufEmptyCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufEmpty;
        }
        if(Len >= (BufSizeChar-No)) return FALSE;       
        OS_ENTER_CRITICAL();
        for(i=0; i<No; i++)
  {
                EnQueueChar(Q,Data[i]);
  }       
        OS_EXIT_CRITICAL();
        return TRUE;
}

SqQueueSta DeQueueStrChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data,INT16U No)
{
        INT16U i = 0;
        INT16U Len = 0;
        OS_CPU_SR cpu_sr=0;
        Len = QueueLenthChar(Q);
        if(Len >= Q->BufFullCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufFull;
        }
        if(Len <= Q->BufEmptyCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufEmpty;
        }
        if(Len <= No) return FALSE;
  OS_ENTER_CRITICAL();
        for(i=0; i<No; i++)
        {       
          DeQueueChar(Q,&(Data[i]));
        }
        OS_EXIT_CRITICAL();  
        return TRUE;
}

void InitJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT32U F, INT32U E)
{
        Q->sRear  = 0;
        Q->sFront = 0;
        Q->BufFullJitterCharScal = F;
        Q->BufEmptyJitterCharScal = E;
}

INT16U JitterQueueLenthChar(SqJitterQueueChar *Q)
{
        return(((Q->sRear) - (Q->sFront) + BufSizeJitterChar) % BufSizeJitterChar);
}

SqQueueSta EnJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT8U *Data, INT16U No)
{
        INT16U i = 0;
        INT16U Len = 0;
        if((((Q->sRear)+1) % BufSizeJitterChar) ==  (Q->sFront))  return FALSE;
       
        Len = JitterQueueLenthChar(Q);
       
        if(Len >= Q->BufFullJitterCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufFull;
        }
        if(Len <= Q->BufEmptyJitterCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufEmpty;
        }
       
        (*Q).gBuf[Q->sRear][0] = No;
        for(i=0; i<No; i++)
  {
         (*Q).gBuf[Q->sRear][i + 1] = Data[i];
        }
        Q->sRear = (Q->sRear + 1) % BufSizeJitterChar;
        return TRUE;
}

SqQueueSta DeJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT8U *Data, INT16U *No)
{
        INT16U i = 0;
        INT16U Len = 0;
        if(Q->sRear == Q->sFront) return FALSE;
       
        Len = JitterQueueLenthChar(Q);
       
        if(Len >= Q->BufFullJitterCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufFull;
        }
        if(Len <= Q->BufEmptyJitterCharScal)
        {
                Q->BufEmpty = BufEmpty;
        }
        *No = (*Q).gBuf[Q->sFront][0];
        for(i=0; i<(*Q).gBuf[Q->sFront][0]; i++)
        {
                Data[i] = (*Q).gBuf[Q->sFront][i + 1];
        }
        Q->sFront = (Q->sFront + 1) % BufSizeJitterChar;
        return TRUE;
}

下面是头文件

#ifndef MEMQUEUE_H
#define MEMQUEUE_H

#include “define.h”

#define BufSizeChar    2160
#define BufSizeShort   3200

#define BufFullChar     BufSizeChar - 920
#define BufFullShort    BufSizeShort - 960

#define BufEmptyChar     60
#define BufEmptyShort    640

#define BufSizeJitterChar     250
#define FramSizeJitterChar    70

#define BufFullJitterChar     BufSizeJitterChar - 200
#define BufEmptyJitterChar     10

typedef enum {FALSE, TRUE, BufFull, BufEmpty} SqQueueSta;

typedef struct _SqJitterQueueChar
{
        INT8U  gBuf[BufSizeJitterChar][FramSizeJitterChar];

INT16U  sFront;
        INT16U  sRear;
        INT32U  BufFullJitterCharScal;
        INT32U  BufEmptyJitterCharScal;
  SqQueueSta BufEmpty;       
}SqJitterQueueChar;

typedef struct _SqQueueChar
{
        INT8U  gBuf[BufSizeChar];

INT16U  sFront;
        INT16U  sRear;
        INT32U  BufFullCharScal;
        INT32U  BufEmptyCharScal;
  SqQueueSta BufEmpty;       
}SqQueueChar;

typedef struct _SqQueueShort
{
        INT16S  gBuf[BufSizeShort];

INT16U  sFront;
        INT16U  sRear;       
        INT32U  BufFullShortScal;
        INT32U  BufEmptyShortScal;
        SqQueueSta BufEmpty;
       
}SqQueueShort;

extern SqQueueChar TestQueue;
// extern SqQueueChar RxQueue;
// extern SqQueueChar TxQueue;
extern SqJitterQueueChar RxQueue;
// extern SqJitterQueueChar TxQueue;

extern SqQueueShort AdQueue;
extern SqQueueShort DaQueue;

void InitQueueChar(SqQueueChar *Q, INT32U F, INT32U E);
INT16U QueueLenthChar(SqQueueChar *Q);
SqQueueSta EnQueueChar(SqQueueChar *Q, INT8U Data);
SqQueueSta DeQueueChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data);
SqQueueSta EnQueueStrChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data,INT16U No);
SqQueueSta DeQueueStrChar(SqQueueChar *Q, INT8U *Data,INT16U No);

void InitQueueShort(SqQueueShort *Q, INT32U F, INT32U E);
INT16U QueueLenthShort(SqQueueShort *Q);
SqQueueSta EnQueueShort(SqQueueShort *Q, INT16S Data);
SqQueueSta DeQueueShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data);
SqQueueSta EnQueueStrShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data,INT16U No);
SqQueueSta DeQueueStrShort(SqQueueShort *Q, INT16S *Data,INT16U No);

void InitJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT32U F, INT32U E);
INT16U JitterQueueLenthChar(SqJitterQueueChar *Q);
SqQueueSta DeJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT8U *Data, INT16U *No);
SqQueueSta EnJitterQueueChar(SqJitterQueueChar *Q, INT8U *Data, INT16U No);

#endif

今天先说到这里，后续，希望对大家有用。

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