AMBE2000在語音通信中的設(shè)計(jì)

無論是在人們的日常交流，還是在航空、航天等高科技領(lǐng)域，語音通信都是不可或缺的。根據(jù)奈奎斯特理論，要想不失真地重構(gòu)語音信號，采樣頻率不能低于40 kHz，按8位采樣精度計(jì)算，語音數(shù)據(jù)量也有320kbit/s，占用的數(shù)據(jù)帶寬多，嚴(yán)重破壞通信系統(tǒng)(特別是無線通信系統(tǒng))的通信性能。因此需要尋找合適的語音編碼方法，將語音數(shù)據(jù)率壓縮到理想狀態(tài)，使其能夠占用較少的帶寬，實(shí)現(xiàn)理想的通信效果。

　　筆者設(shè)計(jì)的無線通信系統(tǒng)利用DVSI公司語音編解碼芯片AMBE2000實(shí)現(xiàn)了低帶寬、雙工的數(shù)據(jù)與語音同傳，語音通信自然可懂。

　　AMBE2000

　　MBE(多帶激勵(lì))語音編碼技術(shù)是一種具有高語音質(zhì)量和強(qiáng)魯棒性的低速率語音編解碼技術(shù)。這種方法在頻域中按基音各諧波頻率，將一幀語音的頻譜劃分為多個(gè)頻帶，對每個(gè)頻帶作清、濁音判決。對濁音帶，以基音為周期的脈沖序列作為激勵(lì)信號;對清音帶，則以白噪聲作為激勵(lì)信號?？偟募?lì)信號由各帶激勵(lì)信號相加構(gòu)成。用該激勵(lì)信號激勵(lì)聲道濾波器，最終合成出具有較高自然度的語音。MBE模型使合成語音譜與原語音譜在細(xì)致結(jié)構(gòu)上能擬合得很好，因此在低比特率的情況下，其合成語音的音質(zhì)依然能保持較高的自然度。其改進(jìn)的AMBE算法成為國際移動衛(wèi)星組織和移動衛(wèi)星通信的語音編碼標(biāo)準(zhǔn)。

　　AMBE2000采用AMBE編解碼技術(shù)，是一種高性能、低功耗的單片實(shí)時(shí)語音壓縮解壓芯片，其壓縮率可在2kbit/s～9.6kbit/s范圍內(nèi)由硬件、軟件調(diào)節(jié)，且具有FEC(前向糾錯(cuò))、VAD(語音激活檢測)功能和DTMF信號檢測功能，當(dāng)速率在4.0kbit/s以上時(shí)，可得到接近長途電話的話音質(zhì)量;當(dāng)速率為2.0kbit/s時(shí)，仍然具有較高的可懂度和自然度。因此可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、數(shù)字移動通信、保密通信、語音郵件等方面。

　　AMBE2000的主要特性包括：具有高品質(zhì)的語音質(zhì)量，壓縮數(shù)據(jù)率可在2kbit/s～9.6kbit/s范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，步進(jìn)50bit/s; 糾錯(cuò)率范圍為50bit/s～7.2kbit/s;低功耗、低復(fù)雜度;具有語音激活檢測VAD功能、回波抵消功能和舒適噪聲CNI產(chǎn)生功能;可變速的FEC功能; DTMF信號檢測和產(chǎn)生功能等。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語音與數(shù)據(jù)的無線遙測同傳，系統(tǒng)框圖如圖1所示。其主要組成部分為：語音接口與處理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊、數(shù)據(jù)復(fù)分接模塊、中頻處理模塊、射頻模塊和天線。其中，語音接口與處理模塊主要采用AMBE2000實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)接口采用FIFO實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)復(fù)分接和中頻處理采用FPGA實(shí)現(xiàn)，完成軟件無線電功能。

AMBE2000應(yīng)用電路

　　圖2所示是系統(tǒng)中AMBE2000的應(yīng)用電路。圖中，AMBE2000選擇的引腳接法將其設(shè)置為語音位為1位的被動無幀格式、碼速率為4kbit/s、外部輸入時(shí)鐘模式、AD/DA為AD73311模式、滑動補(bǔ)償功能有效，其EPR引腳用來輸出數(shù)據(jù)包就緒指示信號。

　　工作模式設(shè)置

　　AMBE2000與外部接口為串行接口，串口時(shí)鐘速率最高為2.048MHz，大約每20ms生成一個(gè)壓縮數(shù)據(jù)包?？稍O(shè)置為主動和被動模式，在被動模式，所有接口控制信號由外部輸入;在主動模式，CHAN_TX _STRB由AMBE2000輸出，其他信號由外部輸入。

　　AMBE2000與外部的接口數(shù)據(jù)格式分為兩種：有幀格式，無幀格式。

　　本系統(tǒng)將AMBE2000的輸入引腳77、75置為高電平，相應(yīng)的工作方式為被動無幀格式。

　　碼速率設(shè)置

　　AMBE2000的初始碼速率設(shè)置必須通過硬件引腳RATE_SEL[4-0](pin74-70)設(shè)置，器件復(fù)位工作后，可通過軟件數(shù)據(jù)包設(shè)置。

　　在無幀格式情況下，只需要發(fā)送數(shù)據(jù)位，譯碼端約需要15包數(shù)據(jù)(300ms)進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)流同步。每個(gè)字中只有1-4位傳輸語音，由引腳BAUD_SEL1(pin 81) 、BAUD_SEL0(pin 80)控制。

　　本系統(tǒng)設(shè)置RATE_SEL[4-0]為10001，對應(yīng)碼速率為4kbps;將引腳80、81置為低電平，每字只有1位語音數(shù)據(jù)。

　　時(shí)鐘

　　AMBE2000的工作時(shí)鐘頻率為16.384MHz，有兩種提供方式：外部TTL/CMOS時(shí)鐘源、晶振，由引腳CLOCK_MODE(pin 51)指定，時(shí)鐘輸入端為X2/CLKIN(pin68)、X1(pin67)。(1)CLOCK_MODE=0，外部TTL/CMOS時(shí)鐘源作為時(shí)鐘輸入，連接方式見圖3。

　　(2)CLOCK_MODE=1，16.384MHz晶振作為時(shí)鐘輸入，連接方式見圖4。 要求C1、C2與晶振距離AMBE2000盡可能近。

　　本系統(tǒng)采用方式(1)，由FPGA提供16MHz輸入時(shí)鐘。

　　AD/DA

　　通過芯片引腳CODEC_SEL1(PIN 85)、CODEC_SEL0(PIN 84)進(jìn)行A/D-D/A接口配置，本系統(tǒng)將引腳85、84設(shè)置為01，即AD73311配置。AMBE2000與AD73311的連接見圖5。

　　工作流程

　　復(fù)位后，等待EPR(pin 20)出現(xiàn)下降沿，表明譯碼數(shù)據(jù)包準(zhǔn)備好，讀取數(shù)據(jù)包，以后約每隔20ms讀一包數(shù)據(jù)。

　　本系統(tǒng)設(shè)置每字的語音位為1，復(fù)位并等待EPR(pin 20)出現(xiàn)下降沿后，根據(jù)設(shè)定的碼速率固定每次讀取一個(gè)字，不需要每次檢測CHAN_TX_STRB。

　　結(jié)語

　　AMBE2000語音壓縮編解碼器應(yīng)用靈活，在電路上電正常工作以后，還可以通過軟件對AMBE2000進(jìn)行重新設(shè)置。不僅應(yīng)用靈活方便，還可以節(jié)省系統(tǒng)資源，獲得良好的語音通信效果，在各類語音通信中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。