基于CMX618的數字語(yǔ)音通信系統
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近年來(lái)，通信事業(yè)發(fā)展迅速，各種新技術(shù)相繼出現，使人們對通信質(zhì)量的要求更為苛刻，以致頻譜資源越來(lái)越緊張。在保證良好通信質(zhì)量的情況下，如何提高頻譜利用率，已經(jīng)成為一個(gè)難題。通信系統中，語(yǔ)音編碼技術(shù)是移動(dòng)通信數字化的基礎，語(yǔ)音編碼決定了接收的語(yǔ)音質(zhì)量和系統容量。低比特率語(yǔ)音編碼提供了解決該問(wèn)題的一種方法，在編碼器能夠傳送高質(zhì)量語(yǔ)音的前提下，語(yǔ)音編解碼比特率越低，就可以在一定的帶寬內容納更多的語(yǔ)音通道。因此，人們不斷地尋求新的編碼方法，以求在低比特率的前提下，提供較高的語(yǔ)音質(zhì)量。
英國CML公司推出的語(yǔ)音編解碼芯片CMX618，能夠以較低的比特率進(jìn)行編解碼處理，并保證很高的語(yǔ)音質(zhì)量。在此基于CMX618設計實(shí)現了一個(gè)數字語(yǔ)音通信系統，該系統結構簡(jiǎn)單，但功能強大，而且它的工作電壓很低，功耗很小，非常適合通信領(lǐng)域開(kāi)發(fā)使用。
l CMX618功能與特點(diǎn)
1．1 RALCWI算法
CMX618是接近長(cháng)話(huà)級的半雙工語(yǔ)音編解碼芯片，通過(guò)一種新的數據速率算法技術(shù)――RALCWI技術(shù)，對語(yǔ)音進(jìn)行編解碼處理。RALCWI是一種魯棒的先進(jìn)的復雜性波形插入技術(shù)，與其他語(yǔ)音編解碼技術(shù)不同，它使用獨有的信號分解和參數編碼方法，可確保在較高的壓縮率下有很好的語(yǔ)音質(zhì)量。在聲碼器中，采用RALCWI技術(shù)實(shí)現的語(yǔ)音質(zhì)量與編碼位速率在4 Kb／s以上的標準聲碼器話(huà)音質(zhì)量基本相符。它的MOS(平均意見(jiàn)得分)處于3．5～3．6之間，而且表現相當優(yōu)秀。
RALCWI聲碼器以幀一幀為基礎進(jìn)行傳輸。在8 kHz的采樣速率下，對語(yǔ)音信號進(jìn)行分幀處理，每幀語(yǔ)音包含160個(gè)采樣點(diǎn)，形成20 ms的元語(yǔ)音幀。語(yǔ)音編碼器以較高的計時(shí)分辨率(8次／幀)進(jìn)行語(yǔ)音分析，對每一個(gè)語(yǔ)音段都會(huì )生成一系列的評估參數。然后，使用不同的矢量量化(VQ)方法，這些估算參數被量化生成41 b，48 b或55 b的幀。值得一提的是，這些向量量化值是以多語(yǔ)言語(yǔ)音為基礎進(jìn)行混合編排的，包含了東西方多種語(yǔ)言的語(yǔ)音采樣值。
1.2 芯片主要功能及特點(diǎn)
CMX618語(yǔ)音編解碼芯片體積小，性能高，功耗低，其具體特點(diǎn)如下：
(1)編碼時(shí)，有三種位速率可供選擇(2 050 b／s，2 400 b／s或者2 750 b／s)。在選擇前向糾錯編碼(FEC)的情況下，可通過(guò)信道編碼和交織處理形成3 600 b／s的位數據流(60 ms／216 b的數據包或80 ms／288 b數據包)。
(2)解碼時(shí)，可選擇前向糾錯(FEC)解碼器對輸入編碼后的語(yǔ)音位流(216 b／60 ms或者288 b／80 ms的數據包)進(jìn)行解交織和信道解碼，生成糾錯后的編碼語(yǔ)音位速率為2 050 b／s，2 400 b／s或者2 750 b／s，速率依據所選的模塊而定。當使用FEC解碼器時(shí)，可利用“軟決策”方法增強解碼功能，減小誤碼的產(chǎn)生。
(3)內部含有一個(gè)集成的語(yǔ)音壓縮／解壓器(CODEC)，實(shí)現模擬語(yǔ)音到低位速率編碼的壓縮／解壓過(guò)程。
(4)芯片大部分功能，均可通過(guò)軟件編程的方式，配置內部的寄存器來(lái)實(shí)現，簡(jiǎn)單方便。
(5)具有非連續發(fā)送檢測(DTX)、舒適噪聲生成器(CNG)、語(yǔ)音激活檢測(VAD)和雙音多頻信號檢測(DTMF)的檢測和產(chǎn)生等輔助功能，使語(yǔ)音性能達到最佳。
1．3 CMX618工作原理
CMX618內部結構圖如圖1所示。
由結構圖可以看出，CMX618主要由音頻壓縮／解壓器(CODEC)、RALCWI編解碼器、前向糾錯編解碼器和其他特殊功能模塊幾部分組成。
編碼時(shí)，輸入的模擬語(yǔ)音首先要經(jīng)過(guò)音頻壓縮／解壓器(CODEC)模塊，進(jìn)行調節增益、A／D轉換、濾波和壓縮處理，然后進(jìn)入編碼器中開(kāi)始編碼。編碼后，如果選擇使用前向糾錯(FEC)功能，則會(huì )對編碼進(jìn)行糾錯處理，盡量消除誤碼。這樣，編碼后的語(yǔ)音數據，按選擇的位速率和幀的結構生成數據包，利用C-BUS串行總線(xiàn)，傳輸到微控制器LPC2138中。
解碼是編碼的逆處理過(guò)程。經(jīng)C-BUS串行總線(xiàn)傳輸的數字語(yǔ)音，進(jìn)入解碼器(可選擇FEC功能)開(kāi)始解碼，然后經(jīng)過(guò)解壓、濾波、D／A轉換、調節增益等處理后，就成為可以聽(tīng)到的模擬語(yǔ)音。另外，在編碼和解碼期間，如果選擇一些輔助功能，例如非連續發(fā)送檢測(DTX)、語(yǔ)音激活檢測(VAD)或雙音多頻信號檢測(DTMF)時(shí)則需另行處理。
2 系統設計實(shí)現
2．1 微控制器
ARM微控制器具有內核耗電少，功能強，成本低等優(yōu)點(diǎn)，現在多應用于無(wú)線(xiàn)通信、GPS、智能手機開(kāi)發(fā)等諸多領(lǐng)域。這里選用PHILIPS公司的LPC2138作為數字語(yǔ)音通信模塊的主控制器。LPC2138是一個(gè)基于支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器芯片，較小的封裝和很低的功耗使LPC2138特別適用于小型系統中。此外，由于LPC2138片內集成了ROM，RAM，A／D和多個(gè)外設模塊，如通用I／O口、定時(shí)器、串行口等，因此非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉換器、軟件modem、語(yǔ)音識別、低端成像等場(chǎng)合，為這些應用提供大規模的緩沖區和強大的處理功能。
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