無(wú)論是在人們的日常交流,，還是在航空、航天等高科技領(lǐng)域,，語(yǔ)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(gòu)語(yǔ)音信號(hào)，采樣頻率不能低于40 kHz,，按8位采樣精度計(jì)算,，語(yǔ)音數(shù)據(jù)量也有320kbit/s，占用的數(shù)據(jù)帶寬多,，嚴(yán)重破壞通信系統(tǒng)(特別是無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng))的通信性能,。因此需要尋找合適的語(yǔ)音編碼方法，將語(yǔ)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(shí)現(xiàn)理想的通信效果。

　　筆者設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)利用DVSI公司語(yǔ)音編解碼芯片AMBE2000實(shí)現(xiàn)了低帶寬,、雙工的數(shù)據(jù)與語(yǔ)音同傳,，語(yǔ)音通信自然可懂。

　　AMBE2000

　　MBE(多帶激勵(lì))語(yǔ)音編碼技術(shù)是一種具有高語(yǔ)音質(zhì)量和強(qiáng)魯棒性的低速率語(yǔ)音編解碼技術(shù),。這種方法在頻域中按基音各諧波頻率,，將一幀語(yǔ)音的頻譜劃分為多個(gè)頻帶，對(duì)每個(gè)頻帶作清,、濁音判決,。對(duì)濁音帶，以基音為周期的脈沖序列作為激勵(lì)信號(hào);對(duì)清音帶,，則以白噪聲作為激勵(lì)信號(hào),。總的激勵(lì)信號(hào)由各帶激勵(lì)信號(hào)相加構(gòu)成,。用該激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)聲道濾波器,，最終合成出具有較高自然度的語(yǔ)音。MBE模型使合成語(yǔ)音譜與原語(yǔ)音譜在細(xì)致結(jié)構(gòu)上能擬合得很好,，因此在低比特率的情況下,，其合成語(yǔ)音的音質(zhì)依然能保持較高的自然度,。其改進(jìn)的AMBE算法成為國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星組織和移動(dòng)衛(wèi)星通信的語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn),。

　　AMBE2000采用AMBE編解碼技術(shù)，是一種高性能,、低功耗的單片實(shí)時(shí)語(yǔ)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(cuò)),、VAD(語(yǔ)音激活檢測(cè))功能和DTMF信號(hào)檢測(cè)功能，當(dāng)速率在4.0kbit/s以上時(shí),，可得到接近長(zhǎng)途電話(huà)的話(huà)音質(zhì)量;當(dāng)速率為2.0kbit/s時(shí),，仍然具有較高的可懂度和自然度。因此可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、數(shù)字移動(dòng)通信,、保密通信,、語(yǔ)音郵件等方面。

　　AMBE2000的主要特性包括：具有高品質(zhì)的語(yǔ)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(jìn)50bit/s; 糾錯(cuò)率范圍為50bit/s～7.2kbit/s;低功耗、低復(fù)雜度;具有語(yǔ)音激活檢測(cè)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(hào)檢測(cè)和產(chǎn)生功能等,。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音與數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)遙測(cè)同傳，系統(tǒng)框圖如圖1所示,。其主要組成部分為：語(yǔ)音接口與處理模塊,、數(shù)據(jù)接口模塊、數(shù)據(jù)復(fù)分接模塊,、中頻處理模塊,、射頻模塊和天線(xiàn)。其中,，語(yǔ)音接口與處理模塊主要采用AMBE2000實(shí)現(xiàn),，數(shù)據(jù)接口采用FIFO實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)復(fù)分接和中頻處理采用FPGA實(shí)現(xiàn),，完成軟件無(wú)線(xiàn)電功能,。

AMBE2000應(yīng)用電路

　　圖2所示是系統(tǒng)中AMBE2000的應(yīng)用電路。圖中,，AMBE2000選擇的引腳接法將其設(shè)置為語(yǔ)音位為1位的被動(dòng)無(wú)幀格式,、碼速率為4kbit/s、外部輸入時(shí)鐘模式,、AD/DA為AD73311模式,、滑動(dòng)補(bǔ)償功能有效，其EPR引腳用來(lái)輸出數(shù)據(jù)包就緒指示信號(hào),。

　　工作模式設(shè)置

　　AMBE2000與外部接口為串行接口,，串口時(shí)鐘速率最高為2.048MHz，大約每20ms生成一個(gè)壓縮數(shù)據(jù)包,?？稍O(shè)置為主動(dòng)和被動(dòng)模式，在被動(dòng)模式,，所有接口控制信號(hào)由外部輸入;在主動(dòng)模式,，CHAN_TX _STRB由AMBE2000輸出，其他信號(hào)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(wú)幀格式,。

　　本系統(tǒng)將AMBE2000的輸入引腳77、75置為高電平,，相應(yīng)的工作方式為被動(dòng)無(wú)幀格式,。

　　碼速率設(shè)置

　　AMBE2000的初始碼速率設(shè)置必須通過(guò)硬件引腳RATE_SEL[4-0](pin74-70)設(shè)置，器件復(fù)位工作后,，可通過(guò)軟件數(shù)據(jù)包設(shè)置,。

　　在無(wú)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(jìn)行輸入數(shù)據(jù)流同步,。每個(gè)字中只有1-4位傳輸語(yǔ)音，由引腳BAUD_SEL1(pin 81) ,、BAUD_SEL0(pin 80)控制,。

　　本系統(tǒng)設(shè)置RATE_SEL[4-0]為10001，對(duì)應(yīng)碼速率為4kbps;將引腳80,、81置為低電平,，每字只有1位語(yǔ)音數(shù)據(jù)。

　　時(shí)鐘

　　AMBE2000的工作時(shí)鐘頻率為16.384MHz,，有兩種提供方式：外部TTL/CMOS時(shí)鐘源,、晶振，由引腳CLOCK_MODE(pin 51)指定,，時(shí)鐘輸入端為X2/CLKIN(pin68),、X1(pin67)。(1)CLOCK_MODE=0,，外部TTL/CMOS時(shí)鐘源作為時(shí)鐘輸入,，連接方式見(jiàn)圖3。

　　(2)CLOCK_MODE=1,，16.384MHz晶振作為時(shí)鐘輸入,，連接方式見(jiàn)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(shí)鐘,。

　　AD/DA

　　通過(guò)芯片引腳CODEC_SEL1(PIN 85),、CODEC_SEL0(PIN 84)進(jìn)行A/D-D/A接口配置,，本系統(tǒng)將引腳85,、84設(shè)置為01，即AD73311配置,。AMBE2000與AD73311的連接見(jiàn)圖5,。

　　工作流程

　　復(fù)位后，等待EPR(pin 20)出現(xiàn)下降沿，表明譯碼數(shù)據(jù)包準(zhǔn)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(shè)置每字的語(yǔ)音位為1,，復(fù)位并等待EPR(pin 20)出現(xiàn)下降沿后,，根據(jù)設(shè)定的碼速率固定每次讀取一個(gè)字，不需要每次檢測(cè)CHAN_TX_STRB,。

　　結(jié)語(yǔ)

　　AMBE2000語(yǔ)音壓縮編解碼器應(yīng)用靈活,，在電路上電正常工作以后，還可以通過(guò)軟件對(duì)AMBE2000進(jìn)行重新設(shè)置,。不僅應(yīng)用靈活方便,，還可以節(jié)省系統(tǒng)資源，獲得良好的語(yǔ)音通信效果,，在各類(lèi)語(yǔ)音通信中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,。