一種基于AMBE2000的低速率語(yǔ)音通信系統(tǒng)

1.?引言
語(yǔ)音信號(hào)處理是現(xiàn)代通信中不可或缺的組成部分，隨著對(duì)通信質(zhì)量要求的越來(lái)越高，我們需要用盡可能低的數(shù)碼率來(lái)獲得盡可能好的合成語(yǔ)音質(zhì)量。從市場(chǎng)現(xiàn)狀來(lái)看，低速語(yǔ)音的應(yīng)用市場(chǎng)很廣泛：語(yǔ)音系統(tǒng)，數(shù)字移動(dòng)通信，保密通信，語(yǔ)音郵件，可視電話， IP電話，語(yǔ)音存儲(chǔ)，電話會(huì)議，電話購(gòu)物等很多場(chǎng)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(yǔ)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(yǔ)音激活檢測(cè)）和 DTMF信號(hào)檢測(cè)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(yǔ)音效果。
2?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本語(yǔ)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(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)過(guò)語(yǔ)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(yǔ)音信號(hào)。再將此信號(hào)送給本次系統(tǒng)的核心器件AMBE2000，進(jìn)行語(yǔ)音編碼，輸出壓縮語(yǔ)音信號(hào)，送給 CPLD控制器，CPLD收到壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)后，將語(yǔ)音部分進(jìn)行提取和處理。此時(shí)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)便是 2.0k-9.6kbps的低速率語(yǔ)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(yǔ)音的接收。前面編碼部分發(fā)出的語(yǔ)音信息反饋回來(lái)，由 CPLD接受，并轉(zhuǎn)化為 AMBE2000可以識(shí)別的格式，再由 AMBE2000進(jìn)行解碼，恢復(fù)成 PCM語(yǔ)音信號(hào)，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行 DA轉(zhuǎn)換，輸出模擬信號(hào)再經(jīng)過(guò)語(yǔ)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(yǔ)音部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，語(yǔ)音編碼解碼部分以及各個(gè)模
塊的接口。?
3.1 語(yǔ)音模塊? 本模塊的作用是將麥克風(fēng)微弱語(yǔ)音信號(hào)放大給AD，以及將從 DA中出來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)播放出來(lái)。包括了從麥克風(fēng)輸入語(yǔ)音，以及語(yǔ)音從揚(yáng)聲器輸出兩部分。? 語(yǔ)音輸入部分電路如圖 2所示，這里利用 LM386進(jìn)行兩級(jí)放大，采用的是單電源 3.3V供電。輸出的信號(hào)送到 AD.

?語(yǔ)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(yǔ)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(cè)模式，便于電路功能自測(cè)。另外，這款芯片的配置簡(jiǎn)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(dòng)被動(dòng)模式選擇端M/S，本電路采用主動(dòng)模式。LOOP則是選擇回環(huán)檢測(cè)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(cè)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(hào)，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(yǔ)音激活，滑動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ埽褂闷饋?lái)比較靈活。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(cè)量中，即使是最低
1.?0kbps語(yǔ)音數(shù)據(jù)速率，也能獲得很好的語(yǔ)音質(zhì)量。Pin75，pin77（chann_sel）用來(lái)選擇工作模式，一共有主動(dòng)有幀，主動(dòng)無(wú)幀，被動(dòng)有幀，被動(dòng)無(wú)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(hào)以后，壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過(guò) 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(duì)比較容易。通過(guò) CPLD提供時(shí)鐘，用于編碼解碼以及壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)的傳輸。在主動(dòng)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(hào)嚴(yán)格同步；被動(dòng)模式下，需要 CPLD提供幀同步信號(hào)。
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(guò) CPLD進(jìn)行軟件配置。
5.結(jié)論
通過(guò)軟件和硬件的配合使用，順利實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)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(yǔ)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(yǔ)音質(zhì)量的語(yǔ)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(duì)于要求越來(lái)越高的語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。