1.引言
語音信號(hào)處理是現(xiàn)代通信中不可或缺的組成部分，隨著對(duì)通信質(zhì)量要求的越來越高，我們需要用盡可能低的數(shù)碼率來獲得盡可能好的合成語音質(zhì)量。從市場(chǎng)現(xiàn)狀來看，低速語音的應(yīng)用市場(chǎng)很廣泛：語音系統(tǒng)，數(shù)字移動(dòng)通信，保密通信，語音郵件，可視電話，IP電話，語音存儲(chǔ)，電話會(huì)議，電話購物等很多場(chǎng)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(shí)時(shí)語音編碼解碼芯片，它的壓縮率在2.0-9.6kbps范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，并且，它本身具備FEC（前向糾錯(cuò)）,VAD" title="VAD">VAD（語音激活檢測(cè)）和DTMF信號(hào)檢測(cè)功能。本次系統(tǒng)就是充分利用這款新品的優(yōu)良特征，實(shí)現(xiàn)了在14kbps左右的低傳輸速率下優(yōu)良的語音效果。
2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
本語音傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：
在本系統(tǒng)中，麥克風(fēng)輸入語音信號(hào)，經(jīng)過語音模塊進(jìn)行放大。然后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，輸出PCM語音信號(hào)。再將此信號(hào)送給本次系統(tǒng)的核心器件AMBE2000，進(jìn)行語音編碼，輸出壓縮語音信號(hào)，送給CPLD控制器，CPLD收到壓縮語音數(shù)據(jù)后，將語音部分進(jìn)行提取和處理。此時(shí)的語音數(shù)據(jù)便是2.0k-9.6kbps的低速率語音數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行傳輸。由于AMBE2000可以編碼也可以解碼，所以本系統(tǒng)同樣實(shí)現(xiàn)了語音的接收。前面編碼部分發(fā)出的語音信息反饋回來，由CPLD接受，并轉(zhuǎn)化為AMBE2000可以識(shí)別的格式，再由AMBE2000進(jìn)行解碼，恢復(fù)成PCM語音信號(hào)，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，輸出模擬信號(hào)再經(jīng)過語音模塊進(jìn)行功率放大送到揚(yáng)聲器。
3.硬件設(shè)計(jì)
硬件是本次設(shè)計(jì)的核心，包括語音部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，語音編碼解碼部分以及各個(gè)模塊的接口。
3.1語音模塊
本模塊的作用是將麥克風(fēng)微弱語音信號(hào)放大給AD，以及將從DA中出來的語音信號(hào)播放出來。包括了從麥克風(fēng)輸入語音，以及語音從揚(yáng)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(jìn)行兩級(jí)放大，采用的是單電源3.3V供電。輸出的信號(hào)送到AD.
語音輸出電路如圖3所示，該電路采用功率放大芯片TPA2005D1，進(jìn)行語音放大。
3.2模數(shù)轉(zhuǎn)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(huán)自檢測(cè)模式，便于電路功能自測(cè)。另外，這款芯片的配置簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的配置就能有效工作。它與AMBE2000接口部分電路如圖4所示。
這里，需要配置的只有主動(dòng)被動(dòng)模式選擇端M/S，本電路采用主動(dòng)模式。LOOP則是選擇回環(huán)檢測(cè)功能端口，當(dāng)它為高電平的時(shí)候，相當(dāng)于AD轉(zhuǎn)化以后的輸出DOUT接到DIN，PCM3500的此項(xiàng)功能為系統(tǒng)的測(cè)試帶了很大便利。AMBE2000和PCM3500的通信接口是SPI口，BCK提供時(shí)鐘，它是晶振512分頻后的時(shí)鐘信號(hào)，F(xiàn)S為選通頻率，與BCK嚴(yán)格同步。
3.3AMBE200部分以及與CPLD接口
AMBE2000電路是整個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)部分：時(shí)鐘部分，功能配置，功能模式選擇模塊，以及SPI接口部分。
AMBE2000外接16.384MHZ的晶振，芯片復(fù)位之后才能工作，復(fù)位時(shí)間至少為95ms。功能配置部分可以根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行選擇，包括回音消除，語音激活，滑動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?，使用起來比較靈活。功能模式選擇部分，可以選擇壓縮數(shù)據(jù)率，在實(shí)際電路測(cè)量中，即使是最低1.0kbps語音數(shù)據(jù)速率，也能獲得很好的語音質(zhì)量。Pin75，pin77（chann_sel）用來選擇工作模式，一共有主動(dòng)有幀，主動(dòng)無幀，被動(dòng)有幀，被動(dòng)無幀四種模式。SPI接口則是需要CPLD配置的部分，CPLD提供時(shí)鐘信號(hào)以后，壓縮語音數(shù)據(jù)通過SPI口傳到CPLD，這時(shí)便可以收下數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋或者處理和傳輸。
4.軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件配置相對(duì)比較容易。通過CPLD提供時(shí)鐘，用于編碼解碼以及壓縮語音數(shù)據(jù)的傳輸。在主動(dòng)有幀格式下，幀同步脈沖由AMBE2000產(chǎn)生，與CPLD輸出的時(shí)鐘信號(hào)嚴(yán)格同步；被動(dòng)模式下，需要CPLD提供幀同步信號(hào)。
各個(gè)功能選擇端，根據(jù)需要，可以利用外圍硬件配置，復(fù)位之后，也可以通過CPLD進(jìn)行軟件配置。
5.結(jié)論
通過軟件和硬件的配合使用，順利實(shí)現(xiàn)了語音信號(hào)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(chuàng)新點(diǎn)：
本文利用DVSI公司的AMBE2000，實(shí)現(xiàn)了低功耗，低傳輸速率下高語音質(zhì)量的語音通信" title="語音通信">語音通信系統(tǒng)。本文基于實(shí)踐，提供了較為詳細(xì)的電路實(shí)現(xiàn)方案以及合理的功能配置,對(duì)于要求越來越高的語音傳輸系統(tǒng)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。