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基于AMBE算法的數(shù)字語音傳輸系統(tǒng)
AMBE-1000是DVSI公司開發(fā)的基于AMBE算法的一種高性能的多速率語音編碼，適用于數(shù)字語音通信及處理的場(chǎng)合，以下是一篇關(guān)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(guó)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(zhì)好和編碼波特率低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。MC14LC5480是一款通用單信道PCM編碼/解碼器。該文設(shè)計(jì)了基于AMBE-1000和MC14LC5480的數(shù)字語音傳輸系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工、實(shí)時(shí)的通信,具有低波特率下較高通話質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞: AMBE算法編碼/解碼數(shù)字語音傳輸
引言
目前,語音處理系統(tǒng)中基于對(duì)語音構(gòu)成的分析,產(chǎn)生了多種壓縮編碼算法。其中,美國(guó)DVSI公司的先進(jìn)多帶激勵(lì)(ABME,Advanced Multi-Band Excitation)算法具有較大優(yōu)勢(shì)。相比其他算法,它不僅碼率低,同時(shí)在低波特率下能保持優(yōu)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(cuò)編碼,可對(duì)信道誤碼進(jìn)行一定程度的糾錯(cuò)。正因?yàn)锳MBE語音壓縮編碼的這些優(yōu)點(diǎn),AMBE語音壓縮編碼方式在野戰(zhàn)綜合通信網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等專業(yè)網(wǎng)中得到了廣泛的使用。
AMBE-1000是DVSI公司開發(fā)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(shù)字語音通信及處理的場(chǎng)合。本文基于AMBE-1000設(shè)計(jì)了一個(gè)語音壓縮系統(tǒng),該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、語音編碼速率可變、音質(zhì)良好、功耗小等優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)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(nèi)部有相互獨(dú)立的語音編碼和解碼通道,可同時(shí)完成語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-1000最基本的組成部分就是一個(gè)編碼器和一個(gè)解碼器,兩者相互獨(dú)立。編碼器接收8KHz采樣的語音數(shù)據(jù)流(16bit線性,8bit A律,8bit u律)并以一定的速率輸出信道數(shù)據(jù)。相反,解碼器接收信道數(shù)據(jù)并合成語音數(shù)據(jù)流。編碼器和解碼器接口的時(shí)序是完全異步的。AMBE-1000采用A/D-D/A芯片作為語音信號(hào)的接口。送往解碼器用于控制的數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)是不同的。輸入輸出的語音數(shù)據(jù)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(cè)),電源模式,數(shù)據(jù)/前向糾錯(cuò)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(shè)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(tài)信息,例如可以檢測(cè)是否有雙音多頻的語音信號(hào)(DTMF)輸入。此外,該接口可對(duì)編解碼器執(zhí)行更復(fù)雜的控制操作(通常在初始化時(shí))。這些控制功能包括語音和糾錯(cuò)碼速率的選擇、A/D-D/A芯片的設(shè)置。
在多數(shù)的語音傳輸系統(tǒng)中,實(shí)際編碼比特流以一定格式從通道中摘錄出來,并和系統(tǒng)信息合在一塊構(gòu)成系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)流,通過傳輸通道發(fā)送,在接收端又被摘錄出來,并通過解碼器構(gòu)成AMBE-1000所需格式的數(shù)據(jù)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(dòng)和被動(dòng)。其中,并行被動(dòng)幀模式是最靈活和實(shí)用的一種工作模式,本文設(shè)計(jì)方案采用的就是并行被動(dòng)幀模式。我們可以通過上拉電阻和撥位開關(guān)與相應(yīng)的接口選擇引腳相連,就可以選擇相應(yīng)的工作模式,我們還可通過類似的方法來選擇語音和糾錯(cuò)碼速率。這樣,只需設(shè)計(jì)相應(yīng)的串行和并行接口,用戶就可以根據(jù)預(yù)定的格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。AMBE-1000的數(shù)據(jù)在有幀格式下,每幀由17個(gè)16位字組成。編碼器每20ms輸出17個(gè)字,同樣解碼器則要接收17個(gè)字。當(dāng)編碼/解碼的數(shù)據(jù)率低于9600bps時(shí),不足的位補(bǔ)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(shù)據(jù)(包括任何未用的結(jié)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(dāng)編碼包就緒(EPR)信號(hào)變高時(shí),表明有一編碼的數(shù)據(jù)幀等待輸出。當(dāng)CHP-RDN下沿信號(hào)到來時(shí),8位并行數(shù)據(jù)就鎖存到數(shù)據(jù)總線上,此時(shí)微控制器可以讀取數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù);并且根據(jù)CHP-RDN下沿信號(hào)依次讀取34字節(jié)的一幀數(shù)據(jù)。CHP-OBE則用來說明輸出緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)。當(dāng)CHP-RDN信號(hào)的脈沖間隔大于AMBE-1000工作時(shí)鐘的350倍時(shí),可以忽略CHP-OBE信號(hào)。當(dāng)AMBE-1000工作在并行被動(dòng)輸入模式時(shí),則微控制器可以根據(jù)DPE、CHP-WRN信號(hào)往AMBE-1000寫數(shù)據(jù)。在隨后的20ms,微控制器應(yīng)該準(zhǔn)備讀取該幀34字節(jié)數(shù)據(jù)。
時(shí)鐘和復(fù)位:
AMBE-1000的輸入時(shí)鐘頻率范圍為26~30 MHz。它有三種輸入方式:一、TTL時(shí)鐘源直接輸入;二、CMOS時(shí)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(fù)位信號(hào)應(yīng)該是低電平,并且須持續(xù)最少6時(shí)鐘周期。
2、AMBE-1000的A/D-D/A接口
模擬語音信號(hào)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(gè)輸入運(yùn)算放大器,運(yùn)算放大器的輸出輸入到編碼器。解碼器接收到PCM數(shù)據(jù)后使用一個(gè)差分D/A轉(zhuǎn)換器加以擴(kuò)展。D/A的輸出是3400Hz以下的低通濾波輸出,信號(hào)再由有源R-C濾波器濾波以消除開關(guān)電容濾波器的能帶輸出。
AMBE-1000在使用時(shí)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(shù)據(jù)通過串口來輸入輸出。串口的控制信號(hào)可以完全由使用者來設(shè)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(shè)置這些控制信號(hào),使用者可以對(duì)SIOC進(jìn)行全部的配置。為了簡(jiǎn)化A/D-D/A芯片的配置,一組預(yù)設(shè)的配置值可以通過管腳C_SEL[2~0]來配置。這些預(yù)設(shè)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(tǒng)分析
考慮到系統(tǒng)語音信號(hào)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(tǒng)上電后,微控制器AT89C51復(fù)位,MC14LC5480進(jìn)行語音的A/D-D/A轉(zhuǎn)換和PCM編解碼,AMBE-1000負(fù)責(zé)壓縮編解碼過程。AMBE-1000每完成一幀語音數(shù)據(jù)的編解碼運(yùn)算,與AT89C51交換一次數(shù)據(jù)。而AT89C51通過串行或并行接口與別的節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù),從而完成數(shù)字化語音的通信過程。而軟件編程主要是對(duì)AT89C51進(jìn)行編程。在電路設(shè)計(jì)時(shí),尤其注意模擬地與數(shù)字地的分開,模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的隔離,以避免背景噪聲和相互干擾。
結(jié)語
目前,語音通信的應(yīng)用極廣泛,對(duì)傳輸質(zhì)量和流量提出了越來越高的要求。本文介紹的由AMBE-1000構(gòu)成的語音傳輸系統(tǒng),不但滿足了較低流量下具有良好的通話質(zhì)量的要求,同時(shí)也具有低成本、低功耗的優(yōu)點(diǎn),在諸多場(chǎng)合下具有較大的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] MC14LC5480 PCM CODECD Datasheet.1999.
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