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[導(dǎo)讀]本次系統(tǒng)實現(xiàn)了基于 AMBE2000的低速率語音通信,該芯片采用改進(jìn)的多帶激勵(MBE)算法,能實現(xiàn)可變速率低比特率、高語音音質(zhì)的語音壓縮編碼。本文通過實例,給出了以 AMBE2000為核心,語音壓縮傳輸以及解壓輸出的電路實現(xiàn)。本實驗獲得了低速率下良好的語音質(zhì)量,為越來越重要的低速率高質(zhì)量語音通信提供了有利參考,具有很高實用價值。

1. 引言
語音信號處理是現(xiàn)代通信中不可或缺的組成部分,隨著對通信質(zhì)量要求的越來越高,我們需要用盡可能低的數(shù)碼率來獲得盡可能好的合成語音質(zhì)量。從市場現(xiàn)狀來看,低速語音的應(yīng)用市場很廣泛:語音系統(tǒng),數(shù)字移動通信,保密通信,語音郵件,可視電話, IP電話,語音存儲,電話會議,電話購物等很多場合都需要用到。
DVSI公司的 AMBE2000就是這樣一種高性能、低功耗的實時語音編碼解碼芯片,它的壓縮率在 2.0-9.6kbps范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié),并且,它本身具備 FEC(前向糾錯) ,VAD(語音激活檢測)和 DTMF信號檢測功能。本次系統(tǒng)就是充分利用這款新品的優(yōu)良特征,實現(xiàn)了在
1 4kbps左右的低傳輸速率下優(yōu)良的語音效果。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本語音傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示:



在本系統(tǒng)中,麥克風(fēng)輸入語音信號,經(jīng)過語音模塊進(jìn)行放大。然后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換,輸出 PCM語音信號。再將此信號送給本次系統(tǒng)的核心器件AMBE2000,進(jìn)行語音編碼,輸出壓縮語音信號,送給 CPLD控制器,CPLD收到壓縮語音數(shù)據(jù)后,將語音部分進(jìn)行提取和處理。此時的語音數(shù)據(jù)便是 2.0k-9.6kbps的低速率語音數(shù)據(jù),可以進(jìn)行傳輸。由于AMBE2000可以編碼也可以解碼,所以本系統(tǒng)同樣實現(xiàn)了語音的接收。前面編碼部分發(fā)出的語音信息反饋回來,由 CPLD接受,并轉(zhuǎn)化為 AMBE2000可以識別的格式,再由 AMBE2000進(jìn)行解碼,恢復(fù)成 PCM語音信號,送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行 DA轉(zhuǎn)換,輸出模擬信號再經(jīng)過語音模塊進(jìn)行功率放大送到揚(yáng)聲器。
3. 硬件設(shè)計 硬件是本次設(shè)計的核心,包括語音部分,模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,語音編碼解碼部分以及各個模
塊的接口。 
3.1 語音模塊  本模塊的作用是將麥克風(fēng)微弱語音信號放大給AD,以及將從 DA中出來的語音信號播放出來。包括了從麥克風(fēng)輸入語音,以及語音從揚(yáng)聲器輸出兩部分。  語音輸入部分電路如圖 2所示,這里利用 LM386進(jìn)行兩級放大,采用的是單電源 3.3V供電。輸出的信號送到 AD.

 語音輸出電路如圖 3所示,該電路采用功率放大芯片TPA2005D1,進(jìn)行語音放大。 
 
 


3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及其與 AMBE接口電路  本次采用的 AD,DA芯片是 PCM3500,這是一款帶有 16位串行 AD和 DA的芯片,采樣頻率范圍很寬,從 7.2kbps到 26kbps,并且它自帶有回環(huán)自檢測模式,便于電路功能自測。另外,這款芯片的配置簡單,不需要復(fù)雜的配置就能有效工作。它與 AMBE2000接口部分電路如圖 4所示。


這里,需要配置的只有主動被動模式選擇端M/S,本電路采用主動模式。LOOP則是選擇回環(huán)檢測功能端口,當(dāng)它為高電平的時候,相當(dāng)于AD轉(zhuǎn)化以后的輸出DOUT接到DIN, PCM3500的此項功能為系統(tǒng)的測試帶了很大便利。AMBE2000和 PCM3500的通信接口是 SPI口,BCK提供時鐘,它是晶振 512分頻后的時鐘信號,F(xiàn)S為選通頻率,與 BCK嚴(yán)格同步。
 
3.3 AMBE200部分以及與 CPLD接口

AMBE2000電路是整個設(shè)計的核心,除了與 PCM3500接口以外,其余部分的電路如圖 5所示。從功能上看,主要可以分為以下四個部分:時鐘部分,功能配置,功能模式選擇模塊,以及 SPI接口部分。
AMBE2000外接 16.384MHZ的晶振,芯片復(fù)位之后才能工作,復(fù)位時間至少為95ms。功能配置部分可以根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行選擇,包括回音消除,語音激活,滑動補(bǔ)償?shù)裙δ?,使用起來比較靈活。功能模式選擇部分,可以選擇壓縮數(shù)據(jù)率,在實際電路測量中,即使是最低
1. 0kbps語音數(shù)據(jù)速率,也能獲得很好的語音質(zhì)量。Pin75,pin77(chann_sel)用來選擇工作模式,一共有主動有幀,主動無幀,被動有幀,被動無幀四種模式。SPI接口則是需要CPLD配置的部分, CPLD提供時鐘信號以后,壓縮語音數(shù)據(jù)通過 SPI口傳到CPLD,這時便可以收下數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋或者處理和傳輸。
2. 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件配置相對比較容易。通過 CPLD提供時鐘,用于編碼解碼以及壓縮語音數(shù)據(jù)的傳輸。在主動有幀格式下,幀同步脈沖由 AMBE2000產(chǎn)生,與 CPLD輸出的時鐘信號嚴(yán)格同步;被動模式下,需要 CPLD提供幀同步信號。
各個功能選擇端,根據(jù)需要,可以利用外圍硬件配置,復(fù)位之后,也可以通過 CPLD進(jìn)行軟件配置。
5.結(jié)論
通過軟件和硬件的配合使用,順利實現(xiàn)了語音信號的編碼解碼和傳輸,在 2.0kbps的極低速率下,仍然得到了很好的語音效果。
本文作者創(chuàng)新點:
本文利用 DVSI公司的 AMBE2000,實現(xiàn)了低功耗,低傳輸速率下高語音質(zhì)量的語音通信系統(tǒng)。本文基于實踐,提供了較為詳細(xì)的電路實現(xiàn)方案以及合理的功能配置 ,對于要求越來越高的語音傳輸系統(tǒng),具有很高的實用價值。

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