一种低码率的语音通信系统设计
王军敏,卫亚博
【摘 要】摘 要:由于信息技术的发展和频率资源的日趋宝贵,语音通信朝着多模式、低码率的方向发展.采用高性能的语音编解码芯片AMBE-2000、模数转换芯片AD73311、DSP芯片可以容易地实现低码率的语音通信系统设计,并取得了良好的语音质量.
【期刊名称】平顶山学院学报 【年(卷),期】2010(025)005 【总页数】4
【关键词】关 键 词:低码率;语音通信;语音压缩;AMBE-2000
1 引言
随着信息技术的高速发展,目前的军用和民用电台都在朝着多模式的方向发展.这就要求电台的语音处理模块能够适应多种调制方式以及多种数据速率.同时,频率资源也变得愈加宝贵,这需要不断压缩语音信号的传输带宽或降低信道的传输码率.笔者研究的 4 kbps低码率语音传输系统具有重要的使用价值和意义,它在无线通信,IP电话,保密通信等诸多领域具有重要的应用.
2 AMBE-2000和AD73311简介
DVSI公司的AMBE-2000芯片能够实现多种速率的语音压缩、解压;AD I公司的AD73311芯片能够实现 16位语音A/D和D/A转换.二者的共同特点是配置灵活、接口简单高效,配合使用能够在多种调制方式、多种数据速率下获得优良的语音质量.因此,利用AMBE-2000和AD73311,再加之微控制器等,就能够容易地实现多模式电台中低码率语音处理模块的设计.
2.1 AMBE-2000性能分析与工作原理
AMBE-2000是美国DVSI公司的一种高性能、低功耗的单片实时语音压缩解压芯片,具有高品质的语音质量,压缩率在 2 kbps～9.6 kbps范围内由软件调节.当速率在 4 kbps以上时,可得到接近长途电话的话音质量;当速率为 2 kbps时,仍然具有较高的可懂度和自然度.同时,还具有 FEC(前向纠错)、VAD (语音激活检测)功能和DT MF信号检测功能.
AMBE-2000与主机的接口数据格式分为 2种:一种是帧格式;另一种是非帧格式.由于帧格式应用更加灵活,所以通常采用帧格式.在帧格式情况下,AMBE-2000大约每 20 ms生成一个压缩数据包,这个数据包由 24个字组成;数据包生成后,其 EPR管脚会输出一个短的负脉冲指示,依此来决定对数据包的处理.其中,数据包的格式字 0为固定值 0x13EC,标志数据包的包头;格式字 2～6用于指定和表示芯片的压缩数据率;格式字 12～23为压缩数据信息.
AMBE-2000可以分为独立的 2个部分:编码器和解码器.编码器从语音串行接口接收语音数据 (可以是 16 bit线性、8 bitA律或 8 bitμ律),从信道串行接口输出压缩数据;反之,解码器把从信道串行接口接收到的压缩数据还原为语音数据,从语音串行接口输出.编码器和解码器是完全异步的.可以通过配置管脚、写控制字的方式来设置工作状态,并通过串口进行语音数据、压缩数据、控制字的交换,实现简单高效的语音编解码. 2.2 AD73311性能分析与工作原理
AD73311的采样率为 64 kHz、32 kHz、21.33 kHz、16 kHz、12.8 kHz、8 kHz;可变增益的输入 (0～38 dB)、输出 (+6～-15 dB)放大器 PGA(Programmable Gain Amplifier);通过串口传递语音数据、接收控制命令,
简单高效.
AD73311的主要工作模式有 2种:编程模式和数据模式.芯片复位之后处于默认的编程模式,这时可以通过串口往芯片内的控制寄存器写控制字来设定工作状态.设定完成后,还要写“进入数据模式”的命令,以进行正常的数据交换.
AD73311的工作原理:输入的模拟信号经过可变增益放大器、A/D转换器后转换为数字信号,通过串口输出;反之,来自串口的数据流被转换为模拟信号后,经过可变增益放大器输出.
3 基于AMBE-2000、AD73311和DSP的低码率语音通信系统设计
3.1 低码率语音通信系统的实现框图
由AMBE-2000、AD73311和微控制器组成的低码率语音通信系统框图如图 1所示.
AD73311芯片完成模数/数模变换;AMBE-2000主要负责语音的压缩与解压;微控制器接收来自AMBE-2000的数据帧,分析其中的状态信息并按照信道协议格式转发至信道;同时接收来自信道的数据,根据解析到的发端编码状态信息生成相应的本地解码控制信息,结合声音数据,打包成 AMBE-2000的帧格式,然后转发至AMBE-2000.E2PROM用来存储微控制器接收到的语音信息.
在本系统中,微控制器选用 T MS320VC5510,它是高性能、低功耗的DSP芯片.这主要是因为在电台中该DSP芯片还负责基带信号处理和控制其他模块的任务.若只是设计单独的语音通信系统,则用单片机AT89C55即可满足要求. 3.2 语音采样、编解码电路的实现
AMBE-2000和AD73311构成的语音采样、编解码电路如图 2所示.
一种低码率的语音通信系统设计
