AMBE-1000聲碼器芯片簡介及其在語音通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

AMBE-1000是一款成熟的雙工聲碼器芯片。該芯片采用AMBE語音編碼算法，編碼速率為2.4～9.6kb/s。AMBE(Advanced Multi-Band Excitation)算法是MBE(Multi-Band Excitation)算法的改進和擴充。MBE語音編碼算法是將語音譜按基音頻率分成若干個帶，對各個帶的信號中清音/濁音(V、UV)分別處理，最后將各個帶信號疊加，形成全帶合成語音。AMBE-1000聲碼器在低速率和較強背景噪聲下具有比較好的語音質(zhì)量，從而使其在車、船載移動衛(wèi)星語音通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。Inmarat(國際海事衛(wèi)星組織)已把AMBE-1000應(yīng)用于其各代衛(wèi)星語音通信系統(tǒng)中，該芯片還可應(yīng)用于語音壓縮與存儲等系統(tǒng)。本文把AMBE-1000應(yīng)用于語音通信系統(tǒng)，提出了具體實現(xiàn)方案，給出了其電話用戶接口回路、PCM語音數(shù)字化編碼回路和AMBE-1000支持電路。

　　1 AMBE-1000簡介

　　1.1 AMBE-1000的主要特點

　　(1)具有高語音質(zhì)量、低速率的全雙工編碼器。編碼速率從2.4kb/s至9.6kb/s可變，語音質(zhì)量和其它聲碼器的比較如圖1所示。　　

　　從圖1可以看出，在4.8kb/s的編碼速率下，AMBE-100有很好的語音質(zhì)量;在2.4kb/s的編碼速率下，該芯片產(chǎn)生的語音比GSM語音還好。

　　(2)有較強的抗背景噪聲能力，有FEC功能，有良好的抗信道干擾能力，具體如圖2所示。

　　從圖2可以看出，AMBE-1000算法的抗背景噪聲能力明顯比較性預(yù)測CELP等其它算法的高。

　　(3)具有功耗低的優(yōu)點，還具有DTMF信號的檢測、識別、產(chǎn)生和發(fā)送以及話音激活、舒適噪音插入和回音消除等功能。

　　1.2 AMBE-1000的基本工作原理

　　AMBE-1000的AD/DA語音接口信號可以是標準的μ律或A律壓擴量化的PCM信號，也可以是14或16比特線性量化的PCM信號。壓縮語音數(shù)據(jù)的傳輸接口能夠設(shè)置為主動或被動方式，且數(shù)據(jù)可按串行或并行的方式傳輸。AMBE-1000提供了用來設(shè)置芯片默認工作狀態(tài)的一系列引腳，芯片加電時自動進入由引腳設(shè)置的默認狀態(tài)。這些設(shè)置包括AD/DA轉(zhuǎn)換格式、語音編碼速率、FEC速率、主動/被動方式、并/串?dāng)?shù)據(jù)方式、VAD使能、回音消除使能等。這些狀態(tài)可以通過硬件設(shè)置，也可以由軟件通過控制字進行更改。

　　AMBE-1000的數(shù)據(jù)格式可以是幀格式也可以是非幀格式，通常使用幀格式。對于幀格式，AMBE-1000以20ms為周期全雙工并行工作。在20ms之后，AMBE-1000將A/D轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字化語音壓縮，按其幀格式打包后送到編碼輸出緩沖器，并將解碼器輸入緩沖器的數(shù)據(jù)包解壓還原送向D/A轉(zhuǎn)換器，從而完成對數(shù)字語音的編、解碼。
2 AMBE-1000在語音通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　基于AMBE-1000具有的優(yōu)點，本文設(shè)計的系統(tǒng)總框圖如圖3所示。系統(tǒng)采用電話機輸入語音，提供了標準的RJ11接口，接口電路用MC3419-1L實現(xiàn)。語音的數(shù)字化PCM編碼采用MC14LC5480實現(xiàn)，最后采用AMBE-1000對語音實現(xiàn)壓縮。

　　2.1 用戶回路接口電路

　　用戶回路接口電路SCIL(Subscriber Loop Interface Circuit)主要為用戶電話機回路提供“BORSHT”功能，由MC3419-1L實現(xiàn)。

　　MC3419-1L是Motrola公司生產(chǎn)的用戶回路接口電路接口芯片，其基本性能有：向用戶環(huán)路饋送直流電源;采用電流鏡、運放及外接平衡網(wǎng)絡(luò)完成2/4線轉(zhuǎn)換;具有用戶線狀態(tài)的檢測功能，并輸出相應(yīng)的電平信息。MC3419-1L電路內(nèi)采用電流鏡來實現(xiàn)各種主要功能。電流鏡最重要的特性是它可將一路輸入電流分解為若干路輸出電流，輸入為低阻抗，輸出為高阻抗，輸出輸入電流有嚴格的比例關(guān)系。MC3419-1L使用6個電流鏡中的兩個組成直流饋電電路。為了提高饋電能力并降低芯片功能，需要外接TIP125/111作為輸出電流的功放管;芯片的2/4線轉(zhuǎn)功能也是利用運放和電流鏡實現(xiàn)的，二線用戶環(huán)路信號(平衡信號)可傳送到四線發(fā)送輸出端(非平衡信號)，而四線接收輸入端的信號除了傳送到用戶環(huán)路外，還通過平衡網(wǎng)絡(luò)，抵消返回到發(fā)送運放輸入端的信號，實現(xiàn)接收至發(fā)送之間的隔離;芯片的用戶掛機、摘機檢測也是通過內(nèi)部電流鏡比較來實現(xiàn)的。

　　圖4是MC3419-1L的一個簡化應(yīng)用電路。在圖4中，TIP125和TIP111都是電流饋電功放輸出管;-48伏電源與用戶線之間的二極管橋和電阻主要起過壓過流保護作用，電容起防沖擊作用;接入CC引腳的外接阻容元件主要用于抑制工頻共模干擾;MC3419-1L與PCM的連接部分為平衡網(wǎng)絡(luò)電路。

　　2.2 PCM電路

　　語音的PCM編碼是將模擬的語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字的語音信號。它是語音數(shù)字化的第一步，也是語音壓縮的基礎(chǔ)。

　　MC14LC5480是Motorola公司生產(chǎn)的μ/A律PCM芯片，它有以下特點：低功耗;低噪聲的全差分模擬電路設(shè)計;片內(nèi)集成有發(fā)送帶通濾波器和接收低通濾波器;具有RC預(yù)濾波器后濾波器;μ/A律可選擇。

　　圖5是MC14LC548的原理框圖。

　　在圖5中，RO+、RO-和TI+、TI-分別是PCM模擬語音信號的差分輸出和輸入;PI、PO+、PO-用來放大模擬信號以驅(qū)動模擬語音設(shè)備;同步控制部分主要用于控制幀同步和比特位同步，控制引腳主要用于μ/A律的選擇和低功耗模式的選擇。

　　圖6是MC14LC5480的具體應(yīng)用電路圖。

　　在圖6中，8kHz、2.048MHz時鐘源可用Motorola的MC74HC4060來產(chǎn)生。具體實現(xiàn)如圖7所示。

　　2.3 AMBE-1000電路

　　AMBE-1000的電路分三個部分：與PCM接口部分;芯片控制引腳設(shè)置部分;壓縮數(shù)據(jù)輸入、輸出部分。
2.3.1 AMBE-1000與PCM的接口電路

　　AMBE-1000要求PCM語音數(shù)據(jù)以串行的方式輸入、輸出。該接口電路的關(guān)鍵在于PCM語音數(shù)據(jù)的幀同步和比特位同步，具體實現(xiàn)電路如圖8所示。

　　其中，輸入的8kHz時鐘源用于比特位同步，2.048MHz時鐘源用于幀同步。D觸發(fā)器和反向器用于兩個時鐘源的同步。

　　2.3.2 芯片控制引腳設(shè)置

　　AMBE-1000的引腳設(shè)置主要包括傳輸接口的設(shè)置，也就是對串行與并行、主動與被動、幀與非幀的傳輸接口模式設(shè)置，還包括芯片特定功能的設(shè)置。

　　傳輸接口的串、并行設(shè)置就是選擇壓縮語音數(shù)據(jù)是以8比特寬并行方式輸入、輸出，還是以串行的方式輸入、輸出。芯片的主動、被動模式是指壓縮語音數(shù)據(jù)輸入、輸出的選通脈沖信號是由AMBE-1000提供還是由外部提供。幀與非幀的模式是指輸入、輸出數(shù)據(jù)是由外部提供。幀與非幀的模式是指輸入、輸出數(shù)據(jù)是否用AMBE-1000的固定數(shù)據(jù)幀格式封裝。在本系統(tǒng)中AMBE-1000設(shè)置為主支、串行、幀格式格式下工作。

　　AMBE-1000特定功能的設(shè)置包括AD/DA轉(zhuǎn)換格式、語音編碼速率、FEC速率、VAD使能、CNI使能、回音使能、DTMF處理以及低功耗模式等。引腳設(shè)置為芯片設(shè)置了加電時自動進入的默認狀態(tài)。以上部分設(shè)置還可以通過AMBE-1000的軟件控制字進行更改，引腳設(shè)置的電路可以采用跳線座和跳線帽來實現(xiàn)，以方便硬設(shè)置的更改。

　　2.3.3 壓縮語音數(shù)據(jù)的輸入輸出電路

　　壓縮語音數(shù)據(jù)的輸入輸出電路主要是指傳輸接口的設(shè)置電路以及與標準串口DB-9的連接電路。本系統(tǒng)傳輸接口的設(shè)置為主動、串行、幀格式模式，也就是CH_SEL2、CH_SEL1、CH_SEL0(98、99、2引腳)設(shè)置為0、1、0。圖9為芯片與DB-9的簡化連接電路圖。

　　其中，AMBE-1000中的CHS_I_CLK(串行輸入時鐘)CHS_O_CLK(串行輸出時鐘)、CHS_I_STRB(輸入數(shù)據(jù)選通)、CHS_)_STRB(輸出數(shù)據(jù)選通)、CHS_SYNC(串行同步)用于輸入輸出的時鐘同步。