AMBE2000在語音通信中的應用

謝元友 張洪博

引言

無論是在人們的日常交流，還是在航空、航天等高科技領域，語音通信都是不可或缺的。根據(jù)奈奎斯特理論，要想不失真地重構語音信號，采樣頻率不能低于40 kHz，按8位采樣精度計算，語音數(shù)據(jù)量也有320kbit／s，占用的數(shù)據(jù)帶寬多，嚴重破壞通信系統(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，實現(xiàn)理想的通信效果。

筆者設計的無線通信系統(tǒng)利用DVSI公司語音編解碼芯片AMBE2000實現(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)語音編碼技術是一種具有高語音質(zhì)量和強魯棒性的低速率語音編解碼技術。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頻帶，對每個頻帶作清、濁音判決。對濁音帶，以基音為周期的脈沖序列作為激勵信號：對清音帶，則以白噪聲作為激勵信號。總的激勵信號由各帶激勵信號相加構成。用該激勵信號激勵聲道濾波器，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致結(jié)構上能擬合得很好，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準。

AMBE2000采用AMBE編解碼技術，是一種高性能、低功耗的單片實時語音壓縮解壓芯片，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)、VAD(語音激活檢測)功能和DTMF信號檢測功能，當速率在4.0kbit／s以上時，可得到接近長途電話的話音質(zhì)量；當速率為2.0kbit／s時，仍然具有較高的可懂度和自然度。因此可廣泛應用于衛(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50bit／s；糾錯率范圍為50bit／s～7.2kbit／s；低功耗、低復雜度：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)設計

系統(tǒng)實現(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實現(xiàn)，數(shù)據(jù)接口采用FIFO實現(xiàn)，數(shù)據(jù)復分接和中頻處理采用FPGA實現(xiàn)，完成軟件無線電功能。

AMBE2000應用電路

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

工作模式設置

AMBE2000與外部接口為串行接口，串口時鐘速率最高為2.048MHz，大約每20ms生成一個壓縮數(shù)據(jù)包。可設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 STILB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，相應的工作方式為被動無幀格式。

碼速率設置

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

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)進行輸入數(shù)據(jù)流同步。每個字中只有1-4位傳輸語音，由引腳BAUD_SELl(Pin 81)、BAUD_SELO(pin 80)控制。

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

時鐘

AMBE2000的工作時鐘頻率為16.384MHz，有兩種提供方式：外部TTL／CMOS時鐘源、晶振，由引腳CLOCK_MODE(Pin 51)指定，時鐘輸入端為X2／CLKIN(pin68)、x1(pin67)。

(1)CLOCK_MODE=0，外部TTL／CMOS時鐘源作為時鐘輸入，連接方式見圖3。

(2)CLOCK_MOD E=1，16.384MHz晶振作為時鐘輸入，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輸入時鐘。

AD/DA

通過芯片引腳CODEC SEL1(PIN85)、CODEC_SELO(PIN 84)進行A／D-D／A接口配置，本系統(tǒng)將引腳8s、84設置為01，即AD73311配置。AMBE2000與AD73311的連接見圖5。

工作流程

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

本系統(tǒng)設置每字的語音位為1，復位并等待EPR(pin 20)出現(xiàn)下降沿后，根據(jù)設定的碼速率固定每次讀取一個字，不需要每次檢測CHAN—TX—STRB。

結(jié)語

AMBE2000語音壓縮編解碼器應用靈活，在電路上電正常工作以后，還可以通過軟件對AMBE2000進行重新設置。不僅應用靈活方便，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用價值。

電子書系統(tǒng)方案

Maxim近期舉行新聞發(fā)布會，由多媒體事業(yè)部總監(jiān)Brian Gannon和顯示器產(chǎn)品事業(yè)部經(jīng)理Athar Zaidi介紹了Maxim針對電子書提供的系統(tǒng)方案。Maxim公司非常關注電子書市場，Brian Gannon先生介紹說“電子書是迅速成長的市場，Maxim作為唯一一家具備電子書系統(tǒng)設計經(jīng)驗和電子書顯示器設計經(jīng)驗的公司能夠為用戶提供全面的高性價比解決方案。公司最新推出的MAX9662源驅(qū)動器具有-25V至+25v較寬的電壓范圍，可提供7個電平，有助于提高顯示器的灰度等級并在一定程度上支持彩色顯示器設計，提高翻頁速度。MAX11850／MAX11851電容式觸摸屏顯示器帶有觸覺反饋功能，帶給終端用戶實時的觸覺響應。”Athar Zaidi先生重點介紹了Maxim針對電子書提供的電漂管理方案，利用Maxim的橫塊化PMIC設計能夠針對系統(tǒng)的實際供電要求提供高度集成的解決方案，與同類產(chǎn)品相比，Maxim方案能夠使BOM成本降低一半。Maxim的PMIC主要從幾個方面降低系統(tǒng)的BOM成本：極小的裸片尺寸降低了芯片本身的成本；極少的外圍元件，Maxim方案只需11個外部元件，而競爭方案至少需要21個外圍元件；此外，Maxim的單芯片方案能夠支持5”到14"屏的設計，此外，還可以靈活設置每路電源的供電順序，允許設計人員重復利用EPD電源設計，有效節(jié)省了開發(fā)資源。