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AMBE-1000在語(yǔ)音壓縮中的應(yīng)用
摘要：AMBE-1000是一款語(yǔ)音壓縮質(zhì)量較好的多速率語(yǔ)音編碼/解碼芯片。TLC32044是14位動(dòng)態(tài)可調(diào)的高精度可編程的A/D-D/A芯片。本文介紹AMBE-1000、TLC32044的性能特點(diǎn)、工作原理和接口電路，并給出語(yǔ)音壓縮系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。1 概述
根據(jù)對(duì)語(yǔ)音構(gòu)成的分析，應(yīng)運(yùn)而生了多種對(duì)音頻信號(hào)的壓縮編碼算法，如CELP、RELP、VSELP、MP-MLQ、LPC-10MBE等，它們通過(guò)不同的算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)的壓縮。這些壓縮編碼算法的壓縮率、語(yǔ)音質(zhì)量各有所長(zhǎng)，其中美國(guó)DVSI（Digital Voice System .Inc）公司提出的先進(jìn)多帶激勵(lì)A(yù)MBE（Advanced Multi-Band Excitation）壓縮編碼算法是其中的杰出代表。AMBE是基于MBE技術(shù)的低比特率、高質(zhì)量語(yǔ)音壓縮算法，具有語(yǔ)音音質(zhì)好和編碼波特率低等優(yōu)點(diǎn)，并植于DVSI公司的AMBE-1000語(yǔ)音壓縮芯片內(nèi)。該芯片是一高性能的多速率語(yǔ)音編碼/解碼芯片，其語(yǔ)音編碼/解碼速率可以在2400～9600b/s之間，以50b的間隔變化。在芯片內(nèi)部有相互獨(dú)立的語(yǔ)音編碼和解碼通道，可同時(shí)完成語(yǔ)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的這些特性使它非常適合于數(shù)字語(yǔ)音通信、加密語(yǔ)音通信以及其它需要對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行數(shù)字處理的場(chǎng)合。
2 AMBE-1000的工作原理及硬件接口
2.1 基本工作流程
簡(jiǎn)單地說(shuō)，AMBE-1000的工作過(guò)程如圖1所示。AMBE-1000可看成由兩個(gè)分開(kāi)的編碼器和解碼器組成。編碼器接收8kHz的語(yǔ)音數(shù)據(jù)采樣流（如16位線(xiàn)性的，8位A律的或8位U律的）和輸出一個(gè)期望的波特率的信道數(shù)據(jù)流。反之，解碼器接收一個(gè)信道數(shù)據(jù)流并合成一個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)流。AMBE-1000的編碼器和解碼器的接口時(shí)序是完全異步的。
2.2 信道接口
信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（DTMF）的語(yǔ)音信號(hào)輸入。此外，該接口對(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(yǔ)音和糾錯(cuò)碼速度的選擇、A/D-D/A芯片的設(shè)備。在多數(shù)的語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)中，實(shí)際編碼比特流以一定格式從信道中摘錄出來(lái)，并和系統(tǒng)信息合在一起構(gòu)成系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)流，通過(guò)傳輸信道發(fā)送；在接收端被摘錄出來(lái)，并通過(guò)解碼器構(gòu)成AMBE-1000所需格式的數(shù)據(jù)流。
AMBE-1000有多種工作模式：并行和串行、有幀和無(wú)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。通過(guò)上拉電阻和撥位開(kāi)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。通過(guò)采用上述的方法，就可通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)在2400～9600b/s和50～4750b/s間自由選擇語(yǔ)音速率和糾錯(cuò)碼速率。在串行主動(dòng)模式下，AMBE-1000的工作時(shí)鐘為27MHz，CHS_O_CLK的時(shí)鐘為4.5MHz（27MHz/6），即在0.22μs內(nèi)需讀取1位數(shù)據(jù)。即使單片機(jī)工作在24MHz下，也無(wú)法讀取該數(shù)據(jù)，故須采用被動(dòng)方式，這樣就可以自己設(shè)置CHS_O_CLK的時(shí)鐘，可該時(shí)鐘也需要滿(mǎn)足在20ms內(nèi)能夠讀取34字節(jié)的數(shù)據(jù)（即1幀數(shù)據(jù)）；同時(shí)并口占用較多的接口資源，故采用串行被動(dòng)幀模式，其硬件連接如圖2所示。
2.3 數(shù)據(jù)格式
AMBE-1000的數(shù)據(jù)在有幀格式下，每幀由17個(gè)字組成。編碼器每20ms輸出17個(gè)字，而解碼器則要接收17個(gè)字。每幀的前5個(gè)字由幀標(biāo)志（Header）、識(shí)別標(biāo)志（ID）、狀態(tài)（輸出）或控制（輸入）信息組成，其余的12個(gè)字構(gòu)成編碼/解碼數(shù)據(jù)。這12個(gè)字共192位是AMBE-1000以9600b/s方式工作的最大數(shù)據(jù)率（192b/幀×50幀/s=9600b/s）。當(dāng)編碼/解碼的數(shù)據(jù)率低于9600b/s時(shí)，不足的位補(bǔ)0。需要注意的是，無(wú)論AMBE-1000工作在什么速率，所有272位（17字×16b=272b）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(wú)幀格式只能用于串行模式。
圖4
2.4 AMBE-1000和TLC32044的接口電路
AMBE-1000要求A/D、D/A的語(yǔ)音數(shù)據(jù)與串行的方式輸入、輸出。該接口電路的關(guān)鍵是語(yǔ)音數(shù)據(jù)的幀同步，其硬件接口電路如圖3所示。其中5.184MHz作為T(mén)LC32044的工作時(shí)鐘，同時(shí)也作為D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖。由TLC32044產(chǎn)生的移位脈沖（SHIFT CLK），用于實(shí)現(xiàn)比特位的同步傳輸。通過(guò)設(shè)置C_SEL0-2為010，來(lái)選擇TLC32044芯片。
2.5 時(shí)鐘和復(fù)位
AMBE-1000的工作時(shí)鐘為26～30MHz。它有3種輸入方式：TTL時(shí)鐘源直接輸入、CMOS時(shí)鐘源或振蕩器直接輸入、采用晶體振蕩電路輸入。在此系統(tǒng)中，時(shí)鐘采用晶體振蕩電路輸入。有效復(fù)位信號(hào)為低電平，并且須持續(xù)6個(gè)時(shí)鐘周期以上。
3 外圍接口電路
3.1 TLC32044的工作原理
語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字處理少不了語(yǔ)音信號(hào)的A/D與D/A轉(zhuǎn)換。在本次設(shè)計(jì)中，選用美國(guó)TI公司生
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