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基于AMBE算法的數字語音傳輸系統
AMBE-1000是DVSI公司開發的基于AMBE算法的一種高性能的多速率語音編碼，適用于數字語音通信及處理的場合，以下是一篇關于AMBE算法編碼探究的論文范文，歡迎閱讀查看。
摘要 :介紹了美國DVSI公司的高性能語音壓縮解壓縮芯片AMBE-1000,AMBE-1000采用AMBE語音壓縮算法,具有語音音質好和編碼波特率低、功耗低等優點。MC14LC5480是一款通用單信道PCM編碼/解碼器。該文設計了基于AMBE-1000和MC14LC5480的數字語音傳輸系統,能夠實現全雙工、實時的通信,具有低波特率下較高通話質量的優點。
關鍵詞: AMBE算法編碼/解碼數字語音傳輸
引言
目前,語音處理系統中基于對語音構成的分析,產生了多種壓縮編碼算法。其中,美國DVSI公司的先進多帶激勵(ABME,Advanced Multi-Band Excitation)算法具有較大優勢。相比其他算法,它不僅碼率低,同時在低波特率下能保持優良的語音合成的自然度效果,還具有良好的抗背景噪聲能力。如果加上FEC前向糾錯編碼,可對信道誤碼進行一定程度的糾錯。正因為AMBE語音壓縮編碼的這些優點,AMBE語音壓縮編碼方式在野戰綜合通信網、衛星網、移動通信網等專業網中得到了廣泛的使用。
AMBE-1000是DVSI公司開發的基于AMBE算法的一種高性能的多速率語音編碼/解碼芯片,非常適合于數字語音通信及處理的場合。本文基于AMBE-1000設計了一個語音壓縮系統,該系統具有設計簡便、語音編碼速率可變、音質良好、功耗小等優點,可應用于多種需要。
1、AMBE-1000的工作原理和模式
1.1 AMBE-1000的工作原理及特性
AMBE-1000是基于AMBE算法的語音編碼/解碼芯片,其語音編碼/解碼速率可以在2400~9600bps之間以50bits的間隔變化。在芯片內部有相互獨立的語音編碼和解碼通道,可同時完成語音的編碼和解碼任務;并且所有的編碼和解碼操作都在芯片內部完成,不需要外擴的存儲器。AMBE-1000最基本的組成部分就是一個編碼器和一個解碼器,兩者相互獨立。編碼器接收8KHz采樣的語音數據流(16bit線性,8bit A律,8bit u律)并以一定的速率輸出信道數據。相反,解碼器接收信道數據并合成語音數據流。編碼器和解碼器接口的時序是完全異步的。AMBE-1000采用A/D-D/A芯片作為語音信號的接口。送往解碼器用于控制的數據和語音數據是不同的。輸入輸出的語音數據流的格式必須是相同的(16bit線性的,8bit A律,8bit u律),信道接口采用8位或16位的微控制器。
芯片可選擇的功能包括回聲抵消,VAD(語音激活檢測),電源模式,數據/前向糾錯率的選擇等,這些功能由外圍管腳或輸入到解碼器的命令幀來決定,值得注意的是,軟件命令可覆蓋硬件設置。
1.2 AMBE-1000的工作模式
通道接口:
通道接口用于描述從編碼器輸出的壓縮比特流和輸入到解碼器的壓縮比特流。該接口也可輸出狀態信息,例如可以檢測是否有雙音多頻的語音信號(DTMF)輸入。此外,該接口可對編解碼器執行更復雜的控制操作(通常在初始化時)。這些控制功能包括語音和糾錯碼速率的選擇、A/D-D/A芯片的設置。
在多數的語音傳輸系統中,實際編碼比特流以一定格式從通道中摘錄出來,并和系統信息合在一塊構成系統傳送數據流,通過傳輸通道發送,在接收端又被摘錄出來,并通過解碼器構成AMBE-1000所需格式的數據流。通道接口流圖如圖2所示。
AMBE-1000有多種工作模式:并行和串行,有幀和無幀格式,主動和被動。其中,并行被動幀模式是最靈活和實用的一種工作模式,本文設計方案采用的就是并行被動幀模式。我們可以通過上拉電阻和撥位開關與相應的接口選擇引腳相連,就可以選擇相應的工作模式,我們還可通過類似的方法來選擇語音和糾錯碼速率。這樣,只需設計相應的串行和并行接口,用戶就可以根據預定的格式對數據進行處理。AMBE-1000的數據在有幀格式下,每幀由17個16位字組成。編碼器每20ms輸出17個字,同樣解碼器則要接收17個字。當編碼/解碼的數據率低于9600bps時,不足的位補0。需要注意的是,無論AMBE-1000工作在什么速率,所有272位(17字*16 bits=272 bits)的幀數據(包括任何未用的結尾零)都必須從編碼器輸出或輸入解碼器。無幀格式只能用于串行模式。
當編碼包就緒(EPR)信號變高時,表明有一編碼的數據幀等待輸出。當CHP-RDN下沿信號到來時,8位并行數據就鎖存到數據總線上,此時微控制器可以讀取數據總線上的數據;并且根據CHP-RDN下沿信號依次讀取34字節的一幀數據。CHP-OBE則用來說明輸出緩沖區是否有數據。當CHP-RDN信號的脈沖間隔大于AMBE-1000工作時鐘的350倍時,可以忽略CHP-OBE信號。當AMBE-1000工作在并行被動輸入模式時,則微控制器可以根據DPE、CHP-WRN信號往AMBE-1000寫數據。在隨后的20ms,微控制器應該準備讀取該幀34字節數據。
時鐘和復位:
AMBE-1000的輸入時鐘頻率范圍為26~30 MHz。它有三種輸入方式:一、TTL時鐘源直接輸入;二、CMOS時鐘源或振蕩器直接輸入;三、采用晶體振蕩電路輸入。有效的復位信號應該是低電平,并且須持續最少6時鐘周期。
2、AMBE-1000的A/D-D/A接口
模擬語音信號與AMBE-1000芯片之間要通過A/D-D/A芯片來連接。A/D-D/A芯片的選擇要慎重,最好要選16位線性的器件。另外也要考慮這些器件的信噪比和濾波特性。
MC14LC5480是MOTORORA公司推出的一款通用單信道PCM編碼解碼濾波器。它有一個輸入運算放大器,運算放大器的輸出輸入到編碼器。解碼器接收到PCM數據后使用一個差分D/A轉換器加以擴展。D/A的輸出是3400Hz以下的低通濾波輸出,信號再由有源R-C濾波器濾波以消除開關電容濾波器的能帶輸出。
AMBE-1000在使用時與任一A/D或D/A接口的語音采樣率都是8KHz,這8KHz的語音數據通過串口來輸入輸出。串口的控制信號可以完全由使用者來設定。最靈活的辦法就是向解碼器輸入一幀ID=0x03H的命令幀來設置這些控制信號,使用者可以對SIOC進行全部的配置。為了簡化A/D-D/A芯片的配置,一組預設的配置值可以通過管腳C_SEL[2~0]來配置。這些預設的配置值,指明了接口的方向以及可編程器件的程序字的順序。AMBE-1000的A/D-D/A接口電路如圖3所示。
3、系統分析
考慮到系統語音信號要有足夠大的增益,需要加上必要的高性能放大器芯片,采用了AD8542。系統上電后,微控制器AT89C51復位,MC14LC5480進行語音的A/D-D/A轉換和PCM編解碼,AMBE-1000負責壓縮編解碼過程。AMBE-1000每完成一幀語音數據的編解碼運算,與AT89C51交換一次數據。而AT89C51通過串行或并行接口與別的節點交換數據,從而完成數字化語音的通信過程。而軟件編程主要是對AT89C51進行編程。在電路設計時,尤其注意模擬地與數字地的分開,模擬信號和數字信號的隔離,以避免背景噪聲和相互干擾。
結語
目前,語音通信的應用極廣泛,對傳輸質量和流量提出了越來越高的要求。本文介紹的由AMBE-1000構成的語音傳輸系統,不但滿足了較低流量下具有良好的通話質量的要求,同時也具有低成本、低功耗的優點,在諸多場合下具有較大的應用前景。
參考文獻
[1] MC14LC5480 PCM CODECD Datasheet.1999.
[2] 劉運毅,陳俊江,覃團發.AMBE-1000聲碼器在語音通信系統中的應用[M].電子技術應用.2002,8:64～66.
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