引 言

　　英國CML公司推出的語音編解碼芯片CMX618，能夠以較低的比特率進行編解碼處理，并保證很高的語音質(zhì)量。在此基于CMX618設計實現(xiàn)了一個數(shù)字語音通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構簡單，但功能強大，而且它的工作電壓很低，功耗很小，非常適合通信領域開發(fā)使用。

　　l CMX618功能與特點

　　1.1 RALCWI算法

　　CMX618是接近長話級的半雙工語音編解碼芯片，通過一種新的數(shù)據(jù)速率算法技術——RALCWI技術，對語音進行編解碼處理。RALCWI是一種魯棒的先進的復雜性波形插入技術，與其他語音編解碼技術不同，它使用獨有的信號分解和參數(shù)編碼方法，可確保在較高的壓縮率下有很好的語音質(zhì)量。在聲碼器中，采用 RALCWI技術實現(xiàn)的語音質(zhì)量與編碼位速率在4 Kb/s以上的標準聲碼器話音質(zhì)量基本相符。它的MOS(平均意見得分)處于3.5～3.6之間，而且表現(xiàn)相當優(yōu)秀。

　　RALCWI聲碼器以幀一幀為基礎進行傳輸。在8 kHz的采樣速率下，對語音信號進行分幀處理，每幀語音包含160個采樣點，形成20 ms的元語音幀。語音編碼器以較高的計時分辨率(8次/幀)進行語音分析，對每一個語音段都會生成一系列的評估參數(shù)。然后，使用不同的矢量量化(VQ)方法，這些估算參數(shù)被量化生成41 b，48 b或55 b的幀。值得一提的是，這些向量量化值是以多語言語音為基礎進行混合編排的，包含了東西方多種語言的語音采樣值。

　　1.2 芯片主要功能及特點

　　CMX618語音編解碼芯片體積小，性能高，功耗低，其具體特點如下：

　　(1)編碼時，有三種位速率可供選擇(2 050 b/s，2 400 b/s或者2 750 b/s)。在選擇前向糾錯編碼(FEC)的情況下，可通過信道編碼和交織處理形成3 600 b/s的位數(shù)據(jù)流(60 ms/216 b的數(shù)據(jù)包或80 ms/288 b數(shù)據(jù)包)。

　　(2)解碼時，可選擇前向糾錯(FEC)解碼器對輸入編碼后的語音位流(216 b/60 ms或者288 b/80 ms的數(shù)據(jù)包)進行解交織和信道解碼，生成糾錯后的編碼語音位速率為2 050 b/s，2 400 b/s或者2 750 b/s，速率依據(jù)所選的模塊而定。當使用FEC解碼器時，可利用“軟決策”方法增強解碼功能，減小誤碼的產(chǎn)生。

　　(3)內(nèi)部含有一個集成的語音壓縮/解壓器(CODEC)，實現(xiàn)模擬語音到低位速率編碼的壓縮/解壓過程。

　　(4)芯片大部分功能，均可通過軟件編程的方式，配置內(nèi)部的寄存器來實現(xiàn)，簡單方便。

　　(5)具有非連續(xù)發(fā)送檢測(DTX)、舒適噪聲生成器(CNG)、語音激活檢測(VAD)和雙音多頻信號檢測(DTMF)的檢測和產(chǎn)生等輔助功能，使語音性能達到最佳。

　　1.3 CMX618工作原理

　　CMX618內(nèi)部結構圖如圖1所示。

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　　由結構圖可以看出，CMX618主要由音頻壓縮/解壓器(CODEC)、RALCWI編解碼器、前向糾錯編解碼器和其他特殊功能模塊幾部分組成。

　　編碼時，輸入的模擬語音首先要經(jīng)過音頻壓縮/解壓器(CODEC)模塊，進行調(diào)節(jié)增益、A/D轉換、濾波和壓縮處理，然后進入編碼器中開始編碼。編碼后，如果選擇使用前向糾錯(FEC)功能，則會對編碼進行糾錯處理，盡量消除誤碼。這樣，編碼后的語音數(shù)據(jù)，按選擇的位速率和幀的結構生成數(shù)據(jù)包，利用C- BUS串行總線，傳輸?shù)?a target="_blank">微控制器LPC2138中。

　　解碼是編碼的逆處理過程。經(jīng)C-BUS串行總線傳輸?shù)臄?shù)字語音，進入解碼器(可選擇FEC功能)開始解碼，然后經(jīng)過解壓、濾波、D/A轉換、調(diào)節(jié)增益等處理后，就成為可以聽到的模擬語音。另外，在編碼和解碼期間，如果選擇一些輔助功能，例如非連續(xù)發(fā)送檢測(DTX)、語音激活檢測(VAD)或雙音多頻信號檢測(DTMF)時則需另行處理。

　　2 系統(tǒng)設計實現(xiàn)

　　2.1 微控制器

　　ARM微控制器具有內(nèi)核耗電少，功能強，成本低等優(yōu)點，現(xiàn)在多應用于無線通信、GPS、智能手機開發(fā)等諸多領域。這里選用PHILIPS公司的 LPC2138作為數(shù)字語音通信模塊的主控制器。LPC2138是一個基于支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器芯片，較小的封裝和很低的功耗使LPC2138特別適用于小型系統(tǒng)中。此外，由于LPC2138片內(nèi)集成了ROM，RAM，A/D和多個外設模塊，如通用I/O 口、定時器、串行口等，因此非常適合于通信網(wǎng)關、協(xié)議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像等場合，為這些應用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強大的處理功能。

　　2.2 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)

　　基于CMX618的語音通信模塊主要由語音編解碼器CMX618和LPC2138組成，如圖2所示。

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　　該語音通信系統(tǒng)使用CMX618內(nèi)置的CODEC模塊，其內(nèi)部集成了A/D和D/A轉換、通道濾波、增益調(diào)節(jié)等功能，足以滿足對模擬語音的抽樣、量化等操作的指標要求。因此，無需再外接芯片，也節(jié)省了大量的物理空間，這在實際的開發(fā)設計中是十分重要的。

　　微控制器LPC2138通過C-BUS串行總線與CMX618連接。C-BuS是一個四線中斷一驅動串行系統(tǒng)，可在主控制器和CMX618內(nèi)部寄存器間進行數(shù)據(jù)傳輸、控制或狀態(tài)信息的發(fā)送。

　　2.3 系統(tǒng)的軟件設計與實現(xiàn)

　　系統(tǒng)的軟件設計主要是編寫CMX618的驅動程序，以及對主控制器LPC2138進行編程實現(xiàn)對CMX618的控制。在上電后，首先應初始化CMX618 和LPC2138。對語音編解碼芯片，要配置其中的一些功能寄存器，這包括設置編解碼位速率、組幀結構、增益大小、輔助功能選用以及開啟中斷標志位等;對主控制芯片，則要配置接口方式、中斷條件和傳輸速率等。

　　實際應用中，為使編解碼過程中的糾錯能力達到最佳，在使用前向糾錯(FEC)編碼器處理語音編碼時。可選擇聲碼器幀以3×20 ms或4×20 ms的形式進行數(shù)據(jù)包傳輸。這種把多幀數(shù)據(jù)進行封裝、打包傳輸?shù)男问剑行У匾种屏苏`碼的產(chǎn)生。

　　這里，要注意CMX618語音編解碼芯片的狀態(tài)(state)寄存器(地址為MYM40)。編碼和解碼操作在狀態(tài)寄存器中都有對應的標志位，當采用中斷方式編解碼時，每次要先讀出狀態(tài)寄存器中對應標志位的值，只有當對應標志位的值為“1”時，才會產(chǎn)生中斷，執(zhí)行相應的操作，如圖3所示。

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　　其中，在狀態(tài)(state)寄存器(地址為MYM40)中對應的狀態(tài)標志有VDA，VDW，RDY。其中，VDA為編碼標志位;VDW為解碼標志位;RDY為等待配置標志位。

　　2.4 關鍵問題

　　(1)采用RALCWI算法時，由于存在算法抖動，會使編碼每一幀時花費的時間不同，這使微處理器對輸出數(shù)據(jù)的時間不好掌握。為解決此問題，在編碼時，會給微處理器一條指令，只要編碼可行，就會進行數(shù)據(jù)傳輸;在解碼時，則會增加一個初始延遲時間，避免CODEC因無采樣數(shù)據(jù)而產(chǎn)生時間空隙。

　　(2)為了提高微控制器LPC2138與CMX618間的傳輸速率，使用C-BUS串行總線讀/寫寄存器時，可采用“數(shù)據(jù)流”的方法傳輸數(shù)據(jù)，即只需要一個地址/指令，就可以傳輸多個數(shù)據(jù)字節(jié)。具體實例如圖4和圖5所示。

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　　利用C-BUS串行總線，寫入CMX618內(nèi)部寄存器的過程中，從主控制器傳過來的數(shù)據(jù)，首個字節(jié)為CMX618寄存器的地址，然后，數(shù)據(jù)就會源源不斷地傳人此寄存器中;同樣，從CMX618內(nèi)部寄存器讀出數(shù)據(jù)時，首先也要寫入寄存器的地址，確定位置，然后就可以從此寄存器中讀出數(shù)據(jù)了，直到傳輸完為止。

　　3 應 用

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　　該語音通信模塊已經(jīng)成功應用于900 MHz數(shù)字無中心對講機中，圖6為900 MHz數(shù)字無中心對講機各功能模塊的結構簡圖，圖中的語音模塊與微控制器部分即為涉及的內(nèi)容。如今，民用對講機逐步數(shù)字化已是大勢所趨，國內(nèi)外眾多機構已經(jīng)投入了大量的人力、物力進行研究和開發(fā)，故此系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展空間。

　　4 結語

　　基于該芯片設計的數(shù)字語音通信系統(tǒng)，有很好的清晰度和穩(wěn)定性，在通信產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的今天，必將有著廣闊的應用前景。