先進(jìn)多帶激勵(lì)(AMBE)算法是一種基于多帶激勵(lì)(MBE) 語(yǔ)音模型的低比特率,、高性能的語(yǔ)音壓縮編碼方法。它不僅碼率低,，在低碼率情況下能夠保持優(yōu)良的語(yǔ)音合成的自然度效果,，同時(shí)還具有良好的抗背景噪聲能力。正因?yàn)锳MBE語(yǔ)音壓縮編碼的這些優(yōu)點(diǎn),，本文采用美國(guó)DVSI公司的AMBE-2000^TM聲碼器芯片作為語(yǔ)音壓縮的編解碼芯片,，設(shè)計(jì)語(yǔ)音通信系統(tǒng)。AMBE-2000^TM聲碼器芯片是一款高性能,、低功耗,、可變速率的單片實(shí)時(shí)全雙工語(yǔ)音壓縮解壓芯片。該芯片采用改進(jìn)的多帶激勵(lì)(AMBE)算法,。其壓縮率可在2.0kbps～9.6kbps范圍內(nèi)由軟件調(diào)節(jié),。本文介紹的語(yǔ)音通信系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、音質(zhì)優(yōu),、功耗低等優(yōu)點(diǎn),。
1 語(yǔ)音通信系統(tǒng)
　　語(yǔ)音通信系統(tǒng)由CPU、AMBE-2000^TM聲碼器芯片,、可編程邏輯器件(FPGA),、Flash、A/D-D/A電路,、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口芯片等構(gòu)成,。CPU采用的是AT89C55單片機(jī)，用于控制和讀寫AMBE-2000^TM聲碼器,；可編程邏輯器件采用EP1K30,，用于完成系統(tǒng)所需時(shí)序；Flash采用一片EPC2,，用于存儲(chǔ)程序和初始化數(shù)據(jù),；A/D-D/A電路由AD公司的AD73311構(gòu)成,；數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用的是Zarlink公司的MT9172,，工作在調(diào)制解調(diào)器模式,。
　　可編程邏輯器件EP1K30除用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)序外,，還對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，完成數(shù)據(jù)的拆包,、組包,。EP1K30功耗非常低,，速度非常快,，使用方便,。EP1K30需要空出五個(gè)引腳與EPC2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。EPC2是EP1K30的配置芯片,，屬于Flash Memory(閃存)器件,，具有可擦寫功能。
　　MT9172數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口芯片(簡(jiǎn)稱DNIC)是一種能在普通雙絞線上提供高速,、全雙工數(shù)字傳輸?shù)亩喙δ苄酒Ｆ渥罡邆鬏斔俾士蛇_(dá)160kbit/s,。由于采用了先進(jìn)的自適應(yīng)回波抵消技術(shù),，使其只用單根雙絞線對(duì)即可實(shí)現(xiàn)全雙工通信。該芯片支持ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))的2B+D(兩個(gè)64kbps的B通道和一個(gè)16kbps的D通道)數(shù)據(jù)格式,。具備幀同步和時(shí)鐘提取能力,。
2 AMBE-2000^TM與AD73311接口設(shè)計(jì)
　　AMBE-2000^TM的編碼器和解碼器可同時(shí)完成語(yǔ)音的編碼和解碼任務(wù)；并且所有的編碼和解碼操作都在芯片內(nèi)部完成,，不需要外擴(kuò)的存儲(chǔ)器,。
　　AMBE-2000^TM芯片內(nèi)部時(shí)鐘工作在66MHz，但由于內(nèi)部有PLL電路,，只需外接16.384MHz晶體即可,。芯片外部接口簡(jiǎn)單，基本無(wú)須額外的外圍器件,，可接收A律或μ律編碼的PCM數(shù)據(jù),，編碼速率為2.0kbps～9.6kbps可調(diào)。
　　語(yǔ)音接口采用外置的A/D-D/A芯片,。下面介紹A/D-D/A接口電路的設(shè)計(jì),。A/D-D/A芯片的選擇對(duì)于設(shè)計(jì)出具有優(yōu)良語(yǔ)音質(zhì)量的系統(tǒng)非常關(guān)鍵^[1]。在選擇A/D-D/A芯片時(shí),，需要考慮這些芯片的信噪比和濾波性能,。一般應(yīng)優(yōu)先考慮那些16位線性A/D-D/A芯片，以獲得較好的語(yǔ)音質(zhì)量,。
　　AD73311內(nèi)含16位信噪比為75dB的A/D轉(zhuǎn)換器和16位信噪比為70dB的D/A轉(zhuǎn)換器,，采樣頻率和輸入輸出增益均可程控，自帶參考電壓及串行輸入輸出接口等^[2],。A/D轉(zhuǎn)換編碼通道包括可編程增益放大器,、模擬∑-△調(diào)制器、反混迭數(shù)字濾波抽取器,。D/A轉(zhuǎn)換解碼通道的構(gòu)成和工作原理與A/D轉(zhuǎn)換編碼通道相似,，包括反鏡像數(shù)字濾波內(nèi)插器,、數(shù)字∑-△解調(diào)器、1bitD/A轉(zhuǎn)換器,、低通濾波器和帶差分輸出端的可編程增益放大器^[3],。
　　AD公司的AD73311用起來(lái)非常靈活，內(nèi)部共有五個(gè)控制寄存器組(CRA,、CRB,、CRC、CRD,、CRE),，通過(guò)送控制字" title="控制字">控制字控制它的工作模式、芯片級(jí)連個(gè)數(shù),、內(nèi)部參考電壓的電源控制,、輸入輸出可編程放大器的增益等。如果AMBE-2000^TM的CODEC_SEL[1-0](85腳,、84腳)被設(shè)置為01b,，聲碼器芯片送控制字到AD73311的控制寄存器?？刂谱值脑O(shè)置如表1^[1]所示,。AMBE-2000^TM聲碼器芯片與AD73311的接口連接框圖如圖1所示^[1]。

3 AMBE-2000與主機(jī)的接口設(shè)計(jì)
　　AMBE-2000^TM與主機(jī)AT89C55的接口有兩種模式：主動(dòng)模式和被動(dòng)模式,。在主動(dòng)模式下,，數(shù)據(jù)選通信號(hào)(strb)由AMBE-2000^TM聲碼器芯片內(nèi)部產(chǎn)生；而在被動(dòng)模式下,，數(shù)據(jù)選通信號(hào)由外部提供,。聲碼器與主機(jī)接口的數(shù)據(jù)格式分為兩種：有幀格式和無(wú)幀格式。本系統(tǒng)采用主動(dòng)模式和有幀格式,。有幀格式是24×16bit字的格式,。每20毫秒編碼器輸出24個(gè)16bit字，同時(shí)解碼器接收24個(gè)16bit字,。輸入幀格式中前12個(gè)字組成頭,。格式字0固定為0x13EC，起同步作用,；格式字1用于控制電源模式等,；格式字2～6指定和表示芯片的壓縮數(shù)據(jù)率；格式字7,、8,、9設(shè)為0x0000，不用,；格式字10用于控制和表示DTMF信號(hào)的幅度,；格式字11用于解碼器音量控制,；格式字12～23為真正的壓縮數(shù)據(jù)信息。輸出幀格式和輸入幀格式基本相同,，只有格式字7不同,，在輸入格式中不用，而在輸出格式中用來(lái)表示位錯(cuò)率,。
　　AMBE-2000^TM輸出的所有數(shù)據(jù)并不是都通過(guò)信道,。只有語(yǔ)音信息才通過(guò)信道。在語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)中,，從編碼器輸出的數(shù)據(jù)包中抽去原始幀頭,，加上系統(tǒng)幀頭，然后經(jīng)過(guò)MT9172DNIC送到信道,。接收時(shí),，把從信道過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)重新組合，去系統(tǒng)幀頭加上原始幀頭再送給解碼器解碼,，最后送到揚(yáng)聲器,。圖2給出了系統(tǒng)工作原理框圖,。

　　聲碼器AMBE-2000^TM以20ms為周期全雙工并行工作,。每隔20ms聲碼器都有一個(gè)低脈沖(EPR)通知外圍器件，表示一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好,，外部可以讀取幀數(shù)據(jù)信息,。需要注意的是EPR信號(hào)不能用作中斷。
　　AMBE-2000的幀數(shù)據(jù)輸出輸入都采用三線方式,，即時(shí)鐘(chan_clk),、 同步(chan_strb)以及數(shù)據(jù)(chan_data)串行。這三個(gè)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系如圖3所示,。
4 用MT9172實(shí)現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器
　　MT9172內(nèi)部主要包括發(fā)送接口,、接收接口、線路接口,、回波抵消器,、擾碼/解擾碼器、二相差分編碼/解碼器,、收發(fā)時(shí)序與控制電路以及時(shí)鐘鎖相環(huán)路等^[4],。
　　發(fā)送接口和接收接口又都包括一個(gè)數(shù)據(jù)/語(yǔ)音接口(簡(jiǎn)稱DV口)和一個(gè)控制/數(shù)據(jù)接口(簡(jiǎn)稱CD口)，DV口用于傳送語(yǔ)音編碼信息或其它用戶數(shù)據(jù)信息,，CD口用于傳送各種控制信息和低速數(shù)據(jù),。DNIC有多種工作模式，兩個(gè)主要模式是調(diào)制解調(diào)器模式(MODEM)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)模式(DN) ,。在DN模式下,，線路輸出ISDN的2B+D數(shù)據(jù),，而在MODEM模式下，DV和CD口是透明的串行數(shù)據(jù)流口,。另外,，其工作方式還有主/從以及單/雙口之分。主方芯片的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)和幀同步時(shí)鐘由外部高穩(wěn)定度的時(shí)鐘源提供,，而從方則直接從線路上提取,。
　　在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸鏈上，必須一端工作在主方式,，而另一端工作在從方式,。雙口工作時(shí)，DV口和CD口都有效,；而單口工作時(shí),，所有的信息都通過(guò)DV口傳遞，CD口無(wú)效,。在MODEM模式下,，必須用雙口工作，D信道和兩個(gè)B信道都不再存在,，線路口仍為80kbit/s或160kbit/s傳輸,，但沒(méi)有了同步位開銷，只有透明數(shù)據(jù)傳輸,。
　　利用MT9172芯片設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器,，必須正確設(shè)定工作方式。圖4是用該芯片設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)器的硬件框圖,，工作在雙口方式,。方式控制端MS0接+5V、MS1接地,，當(dāng)MS2接地時(shí),，MT9172工作在主方式；當(dāng)MS2 接+5V時(shí),，MT9172工作在從方式,。主方式工作時(shí)，10．24MHz時(shí)鐘應(yīng)由外部的數(shù)字鎖相環(huán)路提供高穩(wěn)定度的時(shí)鐘,，而從方式時(shí),，可在OSC1、OSC2端直接連10．24MHz晶體,。工作時(shí),，需要對(duì)MT9172進(jìn)行初始化操作。由單片機(jī)通過(guò)MT9172的CD口往控制寄存器寫入“00000000”或“00010000”即可。當(dāng)控制字為全零時(shí),，選擇數(shù)據(jù)傳輸速率為80kbit/s(其中,，64kbit／s用于傳輸數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE的數(shù)據(jù))，預(yù)擾碼,，解擾器被屏蔽;當(dāng)控制字為”00010000”時(shí),，數(shù)據(jù)傳輸速率為160kbit／s(其中，128kbit/s用于傳輸DTE數(shù)據(jù)),。