新型语音压缩编解码器AMBE2000

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新型语音压缩编解码器AMBE2000
 摘要:AMBE2000是美国DVSI公司推出的一种具有专利技术的语音压缩/解压芯片。利用该芯片能进行全双工的压缩和解压,从而以极高的压缩率提供高品质的语音质量。文中介绍了它的主要特点、引脚功能、控制接口及应用电路。

    关键词:语音压缩;格式字;FEC;VAD;AMBE2000

1 引言

AMBE2000是一种高性能、低功耗的单片实时语音压缩解压芯片,其压缩率可在2kbps~9.6kbps范围内由软件调节,且具有FEC(前向纠错)、VAD(语音激活检测)功能和DTMF信号检测功能,因此可广泛应用于卫星通信、数字移动通信、保密通信、语音邮件等方面。

2 引脚说明及特性参数

AMBE2000的主要特性及参数如下:

●具有高品质的语音质量;

●压缩数据率可在2kbps~9.6kbps范围内用软件调节;

●纠错率范围为50bps~7.2kbps;

●具有VAD(语音激活检测)/CNI(插入舒适噪声)功能;

●具有DTMF信号检测和产生功能;

●电源电压:+3.3V;

●工作温度范围:-40~+100℃;

●采用100脚TQFP封装。

表1 主机接口选择

端口类型 选择脚 CH_SEL1 CH_SEL0 主动有格式 0 0 主动无格式 0 1 被动有格式 1 0 被动无格式 1 1

表2 语音数据位选择(无格式)

字中的语音数据位个数 选择脚 BA_SEL1 BA_SEL0 1 0 0 2 0 1 3 1 0 4 1 1

AMBE2000的引脚说明如下:

CHANN_SEL0~1(75,77)脚:主机接口类型选择端?具体操作见表1所列;

BAUD_SEL0~1(80~81)脚:无格式语音数据位选择端?具体操作见表2所列?

RATE_SEL0~4(70~74)脚:语音压缩率与前向纠错率选择端?具体操作见表3所列;

CODEC_SEL0~1(84~85)脚:A/D和D/A接口选择端口?具体操作见表4所列;

表3 AMBE2000压缩数据率选择表

管脚74 管脚73 管脚72 管脚71 管脚70 语音速率(bps) FEC速率(bps) 总数据率(bps) 1 1 1 1 1 2000 0 2000 1 0 0 0 0 3600 0 3600 1 0 0 0 1 4000 0 4000 1 0 1 1 0 2400 1600 1 0 0 1 0 4800 0 4800 1 1 0 0 0 4000 800 1 0 1 1 1 3600 1200 1 1 0 0 1 2400 2400 1 0 0 1 1 6400 0 6400 1 1 0 1 0 4000 2400 1 1 0 1 1 4400 2800 7200 1 0 1 0 0 8000 0 8000 1 1 1 0 0 4000 4000 1 0 1 0 1 9600 0 9600 1 1 1 0 1 3600 6000 1 1 1 1 0 2400 7200

*注:压缩数据率也可通过控制字改变。

表4 A/D-D/A硬件配置

A/D-D/A类型 CODEC_SEL1 CODEC_SEL0 普通16位线性(采样率8kHz) 0 0 AD公司AD73311(采样率32kHz) 0 1 普通μ律(采样率8kHz) 1 0 普通A律(采样率8kHz) 1 1

VAD_EN(86)脚:使能语音激活检测功能端(高电平有效);

ECHOCAN_EN(78)脚:使能回声消除功能端(高电平有效);

SLEEP_EN(83)脚:休眠模式控制端口(高电平有效);

SLIP_EN(82)脚:滑动模式控制端口(高电平有效);

X2/CLKIN(68)脚:16.384MHz时钟输入脚;

X1(67)脚:内部振荡器输出;

RESETN(69)脚:复位脚(低有效);

EPR(20)脚:编码包就绪标志;

SOFT_EN(79)脚:使能软件误码判断端口(高电平有效);

CHAN_RX_DATA(32)脚:用于接收主机数据到AMBE2000;

CHAN_TX_DATA(42)脚:用于将AMBE2000数据发送到主机;

CHAN_RX_LK(28)脚:主机接收时钟;

CHAN_TX_CLK(34)脚:主机发送时钟;

CHAN_TX_STRB(38)脚:主机发送/接收帧同步脉冲;

CHAN_RX_STRB(30)脚:主机接收帧同步脉冲端口;

CODEC_RX_STRB(29)脚:A/D帧同步脉冲接收端;

CODEC_TX_STRB(37)脚:D/A帧同步脉冲发送端口;

CODEC_RX_DATA(31)脚:A/D发送PCM数据给AMBE2000;

CODEC_TX_DATA(41)脚:AMBE2000发送PCM数据到D/A;

CODEC_RX_CLK(27)脚:A/D时钟;

CODEC_TX_CLK(33)脚:D/A时钟;

CLOCK_MODE(51)脚:时钟模式选择端口,该端口接高电平时选择晶体振荡模式;当接低电平时选择外部时钟);

VDD(8,11,12,23,36,39,44,45,46,47,48,49,54,57,64,76,87,90脚):正电源;

GND(1,9,10,25,26,35,40,50,52,53,56,63,65,88,89脚):接地端;

其余管脚:N.C,悬空不用。

3 主机接口及数据格式

AMBE2000与主机的接口数据格式分为两种:一种是有格式;另一种是无格式。

3.1 有格式

在有格式情况下,AMBE2000大约每20ms生成一个压缩数据包,这个数据包共由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。数据包的具体构成如下:

格式字0:固定为x13ECH,为数据包的头;

格式字1:高8位用于芯片功率控制,0x00表示正常工作模式;0x55表示低功耗模式。低8位的位功能(高有效)如表5所列;

表5 格式字1格式

类型 7:MSB 6 5 4 3 2 1 0:LSB 输入 补丢失帧 NC NC NC NC NC 插入舒适噪声 NC 输出 NC NC 解码帧重复 解码静默指示 NC NC 编码静默检测 编码DTMF检测

表6 格式字2-6格式

字2 字3 字4 字5 字6 语音速率(bps) FEC速率(bps) 总数据率(bps) 0x0028 0x0000 0x0000 0x0000 0x6428 2000 0 2000 0x5048 0x0000 0x0000 0x0000 0x3948 3600 0 3600 0x5250 0x0000 0x0000 0x0000 0x4150 4000 0 4000 0x1030 0x0001 0x0000 0x34la 0x6750 2400 1600 0x5360 0x0000 0x0000 0x0000 0x6c60 4800 0 4800 0x5250 0x2010 0x0000 0x0000 0x7460 4000 800 0x5048 0x0001 0x0000 0x2412 0x6860 3600 1200 0x1030 0x0005 0x180c 0x3018 0x7360 2400 2400 0x6b80 0x0000 0x0000 0x0000 0x6c80 6400 0 6400 0x5250 0x0001 0x0000 0x542a 0x5280 4000 2400 0x5258 0x0009 0xle0c 0x4127 0x7390 4400 2800 7200 0x7fa0 0x0000 0x0000 0x0000 0x52a0 8000 0 8000 0x5250 0x0005 0x2010 0x6834 0x72a0 40000 4000 0x7fc0 0x0000 0x0000 0x0000 0x69c0 9600 0 9600 0x5048 0x000e 0x4010 0x6a2e 0x65c0 3600 6000 0x1030 0x000e 0x68la 0x511b 0x76c0 2400 7200

格式字2~6:用于指定和表示芯片的压缩数据率,具体如表6所列;

格式字7:该位在输入数据包中不用,因此,在设计时,应将其设置为0x0000;而在输出数据包中表示误码率;

格式字8、9:不用,通常设置为0x0000;

格式字10:高8位用于控制和表示DTMF信号的幅度,范围从3~-60dBm0(例如:0x03=3,0x00=0,0xC4=-60);低8位用于控制和检测DTMF信号,所发出和检测的信号为标准的北美呼叫音。DTMF代码见表7所列。

表7 DTMF代码

DTMF代码 DTMF数字 DTMF代码 DTMF数字 0x80 1 0x84 2 0x88 3 0x81 4 0x85 5 0x89 6 0x82 7 0x86 8 0x8A 9 0x87 0 0x83 * 0x8B # 0x8C A 0x8D B 0x8E C 0x8F D 0xFF DTMF无效    

表8 格式字11格式

类型 7:MSB 6 5 4 3 2 1 0:LSB 输入 NC NC 语音激活(1) NC 休眠(1) 回声消除(1) 编码/解码选择 输出 NC NC NC NC 休眠(1) 回声消除(1) 编码/解码选择

格式字11:高8位用于解码器音量控制,其中0x80表示原音量,0xFF为原音量的两倍,小于0x80为减小音量;低8位的功能如表8所列。其中编码/解码选择如下:00为编码+解码;01为编码;10为解码;11为不用;

格式字12~23:压缩数据信息。根据数据率的不同,其数据位数也不相同。数据位数和压缩数据率的关系如下:

位数=压缩数据率(bps)/50(bps)

例如,在最低压缩率为2kbps时,数据位数为:

2000/50=40位。

3.2 无格式

在无格式情况下,只需要发送数据位,但每秒会减少50bit的数据(与有格式情况相比),因而会降低语音质量。其每个字中包含的数据位数参见表2。每帧的字数和压缩数据率的关系如下:

字数=[压缩数据率(bps)/50(bps)]/位数

式中,所选的位数必须能被选择的压缩数据率整除。AMBE2000串口时钟速率最高为2.048MHz。

图1 用AMBE2000和AD73311构成的语音采样、压缩、解压缩的实用电路

4 应用电路

图1所示是用AMBE2000和AD73311构成的语音采样、压缩、解压缩实用电路,其中AD73311是A-DI公司的一种声码器芯片,它的采样速率可以达到32kHz、16位采样数据,且具有较好的声音质量,因而可配合AMBE2000使用,在实际应用中取得了良好的效果。图中,AMBE2000选择的管脚接法将压缩率定义为2kbps?同时电路设置在外部输入时钟模式,且回声消除、语音激活、滑动补偿功能有效,其EPR脚用来输出数据包就绪指示信号。在电路上电正常工作以后,还可以通过软件对AMBE2000进行重新设置,因此,AMBE2000语音压缩编解码器应用起来十分灵活。

5 结束语

语音通信在数字通信中占有十分重要的地位,通过本文所介绍的AMBE2000和AD73311所构成的数据压缩方法,不但可以节约存储资源,而且能够减小对通信带宽的需求。因此,在某些特殊的应用领域,AMBE2000语音压缩编解码芯片有着十分广阔的应用前景。

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