一種基于AMBE2000的低速率語音通信系統(tǒng)

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(shí)時(shí)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(cuò)） ,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(shí)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(shí)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(shí)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(jì) 硬件是本次設(shè)計(jì)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(gè)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。?
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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(shí)候，相當(dāng)于AD轉(zhuǎn)化以后的輸出DOUT接到DIN， PCM3500的此項(xiàng)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(shí)鐘，它是晶振 512分頻后的時(shí)鐘信號，F(xiàn)S為選通頻率，與 BCK嚴(yán)格同步。
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3.3 AMBE200部分以及與 CPLD接口

AMBE2000電路是整個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)部分：時(shí)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(shí)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埽褂闷饋肀容^靈活。功能模式選擇部分，可以選擇壓縮數(shù)據(jù)率，在實(shí)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(shí)鐘信號以后，壓縮語音數(shù)據(jù)通過 SPI口傳到CPLD，這時(shí)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(jì)

本系統(tǒng)軟件配置相對比較容易。通過 CPLD提供時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(diǎn)：
本文利用 DVSI公司的 AMBE2000，實(shí)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(shí)踐，提供了較為詳細(xì)的電路實(shí)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(shí)用價(jià)值。