AMBE2000在語音通信中的應用

謝元友 張洪博

引言

無論是在人們的日常交流，還是在航空、航天等高科技領域，語音通信都是不可或缺的。根據奈奎斯特理論，要想不失真地重構語音信號，采樣頻率不能低于40 kHz，按8位采樣精度計算，語音數據量也有320kbit／s，占用的數據帶寬多，嚴重破壞通信系統(特別是無線通信系統)的通信性能。因此需要尋找合適的語音編碼方法，將語音數據率壓縮到理想狀態，使其能夠占用較少的帶寬，實現理想的通信效果。

筆者設計的無線通信系統利用DVSI公司語音編解碼芯片AMBE2000實現了低帶寬、雙工的數據與語音同傳，語音通信自然可懂。

AMBE2000

MBE(多帶激勵)語音編碼技術是一種具有高語音質量和強魯棒性的低速率語音編解碼技術。這種方法在頻域中按基音各諧波頻率，將一幀語音的頻譜劃分為多個頻帶，對每個頻帶作清、濁音判決。對濁音帶，以基音為周期的脈沖序列作為激勵信號：對清音帶，則以白噪聲作為激勵信號。總的激勵信號由各帶激勵信號相加構成。用該激勵信號激勵聲道濾波器，最終合成出具有較高自然度的語音。MBE模型使合成語音譜與原語音譜在細致結構上能擬合得很好，因此在低比特率的情況下，其合成語音的音質依然能保持較高的自然度。其改進的AMBE算法成為國際移動衛星組織和移動衛星通信的語音編碼標準。

AMBE2000采用AMBE編解碼技術，是一種高性能、低功耗的單片實時語音壓縮解壓芯片，其壓縮率可在2kbit／s～9.6kbit／s范圍內由硬件、軟件調節，且具有FEC(前向糾錯)、VAD(語音激活檢測)功能和DTMF信號檢測功能，當速率在4.0kbit／s以上時，可得到接近長途電話的話音質量；當速率為2.0kbit／s時，仍然具有較高的可懂度和自然度。因此可廣泛應用于衛星通信、數字移動通信、保密通信、語音郵件等方面。

AMBE2000的主要特性包括：具有高品質的語音質量。壓縮數據率可在2kbit／s～9.6kbit／s范圍內調節，步進50bit／s；糾錯率范圍為50bit／s～7.2kbit／s；低功耗、低復雜度：具有語音激活檢測VAD功能、回波抵消功能和舒適噪聲CNI產生功能：可變速的FEC功能；DTMF信號檢測和產生功能等。

系統設計

系統實現語音與數據的無線遙測同傳，系統框圖如圖1所示。其主要組成部分為：語音接口與處理模塊、數據接口模塊、數據復分接模塊、中頻處理模塊、射頻模塊和天線。其中，語音接口與處理模塊主要采用AMBE2000實現，數據接口采用FIFO實現，數據復分接和中頻處理采用FPGA實現，完成軟件無線電功能。

AMBE2000應用電路

圖2所示是系統中AMBE2000的應用電路。圖中，AMBE2000選擇的引腳接法將其設置為語音位為1位的被動無幀格式、碼速率為4kbit／s、外部輸入時鐘模式、AD／DA為AD73311模式、滑動補償功能有效，其EPR引腳用來輸出數據包就緒指示信號。

工作模式設置

AMBE2000與外部接口為串行接口，串口時鐘速率最高為2.048MHz，大約每20ms生成一個壓縮數據包。可設置為主動和被動模式，在被動模式，所有接口控制信號由外部輸入：在主動模式，CHAN TX STILB由AMBE2000輸出，其他信號由外部輸入。

AMBE2000與外部的接口數據格式分為兩種：有幀格式，無幀格式。

本系統將AMBE2000的輸入引腳77、75置為高電平，相應的工作方式為被動無幀格式。

碼速率設置

AMBE2000的初始碼速率設置必須通過硬件引腳RATE SEL[4-0](pin74-70)設置，器件復位工作后，可通過軟件數據包設置。

在無幀格式情況下，只需要發送數據位，譯碼端約需要15包數據(300ms)進行輸入數據流同步。每個字中只有1-4位傳輸語音，由引腳BAUD_SELl(Pin 81)、BAUD_SELO(pin 80)控制。

本系統設置RATE_SEL[4-0]為10001，對應碼速率為4kbps；將引腳80、81置為低電平，每字只有1位語音數據。

時鐘

AMBE2000的工作時鐘頻率為16.384MHz，有兩種提供方式：外部TTL／CMOS時鐘源、晶振，由引腳CLOCK_MODE(Pin 51)指定，時鐘輸入端為X2／CLKIN(pin68)、x1(pin67)。

(1)CLOCK_MODE=0，外部TTL／CMOS時鐘源作為時鐘輸入，連接方式見圖3。

(2)CLOCK_MOD E=1，16.384MHz晶振作為時鐘輸入，連接方式見圖4。要求C1、C2與晶振距離AMBE2000盡可能近。

本系統采用方式(1)，由FPGA提供16MHz輸入時鐘。

AD/DA

通過芯片引腳CODEC SEL1(PIN85)、CODEC_SELO(PIN 84)進行A／D-D／A接口配置，本系統將引腳8s、84設置為01，即AD73311配置。AMBE2000與AD73311的連接見圖5。

工作流程

復位后，等待EPR(pin 20)出現下降沿，表明譯碼數據包準備好，讀取數據包，以后約每隔20ms讀一包數據。

本系統設置每字的語音位為1，復位并等待EPR(pin 20)出現下降沿后，根據設定的碼速率固定每次讀取一個字，不需要每次檢測CHAN—TX—STRB。

結語

AMBE2000語音壓縮編解碼器應用靈活，在電路上電正常工作以后，還可以通過軟件對AMBE2000進行重新設置。不僅應用靈活方便，還可以節省系統資源，獲得良好的語音通信效果，在各類語音通信中具有廣泛的應用價值。

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