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一種基于AMBE2000的低速率語音通信系統
摘要: 語音信號處理是現代通信中不可或缺的組成部分,隨著對通信質量要求的越來越高,我們需要用盡可能低的數碼率來獲得盡可能好的合成語音質量。
Abstract:
Key words :

  1.引言

  語音信號處理是現代通信中不可或缺的組成部分,隨著對通信質量要求的越來越高,我們需要用盡可能低的數碼率來獲得盡可能好的合成語音質量。從市場現狀來看,低速語音的應用市場很廣泛:語音系統,數字移動通信,保密通信,語音郵件,可視電話,IP電話,語音存儲,電話會議,電話購物等很多場合都需要用到。

  DVSI公司的AMBE2000" title="AMBE2000">AMBE2000就是這樣一種高性能、低功耗的實時語音編碼解碼芯片,它的壓縮率在2.0-9.6kbps范圍內可以調節,并且,它本身具備FEC(前向糾錯),VAD" title="VAD">VAD(語音激活檢測)和DTMF信號檢測功能。本次系統就是充分利用這款新品的優良特征,實現了在14kbps左右的低傳輸速率下優良的語音效果。

  2系統結構框圖

  本語音傳輸系統結構框圖如下圖所示:

語音傳輸系統結構框圖

  在本系統中,麥克風輸入語音信號,經過語音模塊進行放大。然后送到模數轉換模塊進行AD轉換,輸出PCM語音信號。再將此信號送給本次系統的核心器件AMBE2000,進行語音編碼,輸出壓縮語音信號,送給CPLD控制器,CPLD收到壓縮語音數據后,將語音部分進行提取和處理。此時的語音數據便是2.0k-9.6kbps的低速率語音數據,可以進行傳輸。由于AMBE2000可以編碼也可以解碼,所以本系統同樣實現了語音的接收。前面編碼部分發出的語音信息反饋回來,由CPLD接受,并轉化為AMBE2000可以識別的格式,再由AMBE2000進行解碼,恢復成PCM語音信號,送到模數轉換模塊進行DA轉換,輸出模擬信號再經過語音模塊進行功率放大送到揚聲器。

  3.硬件設計

  硬件是本次設計的核心,包括語音部分,模數轉換模塊,語音編碼解碼部分以及各個模塊的接口。

  3.1語音模塊

  本模塊的作用是將麥克風微弱語音信號放大給AD,以及將從DA中出來的語音信號播放出來。包括了從麥克風輸入語音,以及語音從揚聲器輸出兩部分。語音輸入部分電路如圖2所示,這里利用LM386進行兩級放大,采用的是單電源3.3V供電。輸出的信號送到AD.

語音輸入部分電路

  語音輸出電路如圖3所示,該電路采用功率放大芯片TPA2005D1,進行語音放大。

語音輸出電路

  3.2模數轉換器以及其與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,并且它自帶有回環自檢測模式,便于電路功能自測。另外,這款芯片的配置簡單,不需要復雜的配置就能有效工作。它與AMBE2000接口部分電路如圖4所示。

接口部分電路

  這里,需要配置的只有主動被動模式選擇端M/S,本電路采用主動模式。LOOP則是選擇回環檢測功能端口,當它為高電平的時候,相當于AD轉化以后的輸出DOUT接到DIN,PCM3500的此項功能為系統的測試帶了很大便利。AMBE2000和PCM3500的通信接口是SPI口,BCK提供時鐘,它是晶振512分頻后的時鐘信號,FS為選通頻率,與BCK嚴格同步。

   3.3AMBE200部分以及與CPLD接口

  AMBE2000電路是整個設計的核心,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部分:時鐘部分,功能配置,功能模式選擇模塊,以及SPI接口部分。

與CPLD接口

  AMBE2000外接16.384MHZ的晶振,芯片復位之后才能工作,復位時間至少為95ms。功能配置部分可以根據應用需要進行選擇,包括回音消除,語音激活,滑動補償等功能,使用起來比較靈活。功能模式選擇部分,可以選擇壓縮數據率,在實際電路測量中,即使是最低1.0kbps語音數據速率,也能獲得很好的語音質量。Pin75,pin77(chann_sel)用來選擇工作模式,一共有主動有幀,主動無幀,被動有幀,被動無幀四種模式。SPI接口則是需要CPLD配置的部分,CPLD提供時鐘信號以后,壓縮語音數據通過SPI口傳到CPLD,這時便可以收下數據進行反饋或者處理和傳輸。

  4.軟件設計

  本系統軟件配置相對比較容易。通過CPLD提供時鐘,用于編碼解碼以及壓縮語音數據的傳輸。在主動有幀格式下,幀同步脈沖由AMBE2000產生,與CPLD輸出的時鐘信號嚴格同步;被動模式下,需要CPLD提供幀同步信號。

  各個功能選擇端,根據需要,可以利用外圍硬件配置,復位之后,也可以通過CPLD進行軟件配置。

  5.結論

  通過軟件和硬件的配合使用,順利實現了語音信號的編碼解碼和傳輸,在2.0kbps的極低速率下,仍然得到了很好的語音效果。

  本文作者創新點:

  本文利用DVSI公司的AMBE2000,實現了低功耗,低傳輸速率下高語音質量的語音通信" title="語音通信">語音通信系統。本文基于實踐,提供了較為詳細的電路實現方案以及合理的功能配置,對于要求越來越高的語音傳輸系統,具有很高的實用價值。

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