用AMBE-1000實(shí)現的語(yǔ)音分組技術(shù)
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關(guān)鍵詞：分組語(yǔ)音 PSTN 電話(huà)接口
1 概述
隨著(zhù)信息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，信息的快速傳遞在生產(chǎn)和生活中顯得越來(lái)越重要。在各種信息傳遞方式中，語(yǔ)音的互通占據著(zhù)重要的位置。最為大家熟知的是以PCM編碼方式傳送語(yǔ)音的普通電話(huà)業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)性強、語(yǔ)音質(zhì)量高，占據著(zhù)語(yǔ)音通話(huà)業(yè)務(wù)的主體。但近年來(lái)隨著(zhù)IP電話(huà)的普及和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，另一種語(yǔ)音處理技術(shù)越來(lái)越為人們所熟悉，那就是語(yǔ)音分組技術(shù)。語(yǔ)音分組是指將語(yǔ)音信號轉化為一定長(cháng)度和速率的數字化語(yǔ)音包，采用存儲轉發(fā)的方法并以包的形式進(jìn)行交換和傳輸。它隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的普及，尤其是IP電話(huà)的普及而得到越來(lái)越多應用。但由于互聯(lián)網(wǎng)不能對傳輸帶寬提供保證，因此，語(yǔ)音包在其傳輸過(guò)程中就會(huì )產(chǎn)生延遲、抖動(dòng)、包丟失等影響語(yǔ)音質(zhì)量的因素。直到近年來(lái)由于低速率編解碼算法的出現和軟硬件性能的提高，人們才注意到分組語(yǔ)音技術(shù)的商業(yè)價(jià)值，并投入開(kāi)發(fā)力量。
早期分組語(yǔ)音技術(shù)的應用大都采用軟件實(shí)現。近年來(lái)，隨著(zhù)大規模集成電路的飛速發(fā)展，硬件價(jià)格大幅度下降，從而出現了許多用硬件實(shí)現分組語(yǔ)音的產(chǎn)品。硬件具有對數據處理速度快，可處理大量數據的特點(diǎn)，所以使用硬件實(shí)現分組語(yǔ)音可以很好地處理延遲、抖動(dòng)、回聲抑制等問(wèn)題，從而得到良好的音質(zhì)。采用硬件實(shí)現分組語(yǔ)音的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：在一個(gè)硬件電路中可以實(shí)現多種壓縮標準的分組語(yǔ)音，能很靈活地適應不同網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的多個(gè)語(yǔ)音終端的互通。
本文著(zhù)重介紹采用一種專(zhuān)用的DSP芯片AMBE-1000實(shí)現語(yǔ)音分組的方法，并用這種方法實(shí)現了鐵路站場(chǎng)中的信號作業(yè)電話(huà)。由此可以看出，分組語(yǔ)音技術(shù)在一些專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域應用的廣闊空間。
2 AMBE-1000簡(jiǎn)介
AMBE-1000是Digital Voice Systems公司的語(yǔ)音編解碼芯片，用來(lái)實(shí)現雙工的語(yǔ)音壓縮/解壓縮功能，能實(shí)現低傳輸速率下高質(zhì)量的通話(huà)。它采用先進(jìn)的AMBE壓縮算法，壓縮速率最低可達2.4Kb/s目前，這種算法以其能實(shí)現的低傳輸速率和高通話(huà)質(zhì)量而在世界范圍內得到了廣泛應用，甚至用在下一代移動(dòng)通信系統中。具體來(lái)說(shuō)，AMBE-1000具有如下獨特之處：
*低硬件成本和高通話(huà)質(zhì)量；
*無(wú)需外圍輔助設備；
*比特差錯和背景噪聲良好的魯棒性；
*可變傳輸速率2.4Kb/s～9.6Kb/s；
*可自動(dòng)插入舒適噪聲；
*可選的串行和并行接口；
*自帶回聲抑制功能；
*DTMF信號的檢測與產(chǎn)生；
*低功耗。
我們用這個(gè)芯片實(shí)現語(yǔ)音的分組化。最基本的應用可由圖1表示。
在實(shí)際應用中，語(yǔ)音壓縮數據要在信道中傳輸，須加入信道接口，完成對語(yǔ)音壓縮數據的加工、打包。最常用的接口一般可用單片機來(lái)實(shí)現。AMBE-1000的設計也使它很容易和單片機交換數據。AMBE-1000和單片機之間的數據接口有串行接口和并行接口，通信方式是主動(dòng)方式還是被動(dòng)方式，取決于可采集數據的信號是否由AMBE自身全部給出。我們采用并行數據線(xiàn)接口，AMBE-1000設為被動(dòng)工作方式。此時(shí)當其RX_DI端輸入8kHz取樣的語(yǔ)音數據（16位線(xiàn)性編碼，8位A率或8位U率編碼）時(shí)，在其數據線(xiàn)上會(huì )得到周期性的壓縮語(yǔ)音數據（周期20ms，長(cháng)度6字節，可達到2.4Kb/s的傳輸速率）。其控制線(xiàn)和數據線(xiàn)時(shí)序關(guān)系如圖2所示。
LOOP：JNB EPR，$
READ：MOV R0，#34
MOV R1，#30H
LL：MOVXA，@DPTR（DPTR：AMBE的地址）
MOV @R1，，A
INC R1
JB OBE，$
DJNZ R0，LL
SJMP LOOP
AMBE-1000作為解碼器的寫(xiě)時(shí)序與讀時(shí)序類(lèi)似，可根據DPE（Decoder Packet Ready）和IBF（Input Buffer Full）信號編寫(xiě)相應程序。
從AMBE-1000輸出的語(yǔ)音數據有固定的幀格式，每一幀有34字節數據，除去幀頭，有24字節語(yǔ)音數據。在20ms周期內，若24字節數據全部被填滿(mǎn)，則其傳輸速率為9.6Kb/s。若設傳輸速率為2.4Kb/s，則24字節語(yǔ)音數據格式中只有6字節語(yǔ)音數據，其余被0填充。我們用這6字節數據作為一帖，再加上幀頭（包括同步碼、地址碼、類(lèi)型碼、校驗碼等），便可實(shí)現分組語(yǔ)音。
3 應用實(shí)例
AMBE-1000讀寫(xiě)一幀數據所需的時(shí)間遠小于20ms。也就是說(shuō)在20ms時(shí)間內，除了讀1幀或寫(xiě)1幀數據外，處理器還有大量的時(shí)間做其它的事。這使人們有可能在半雙工的低速信道內實(shí)現全雙工的語(yǔ)音通話(huà)。圖3為以AMBE-1000為核心實(shí)現的鐵路站場(chǎng)信號作業(yè)電話(huà)示意圖。
圖3中，用戶(hù)線(xiàn)接口及PSTN接口均以AMBE為核心。每一個(gè)終端可通過(guò)總線(xiàn)的PSTN接口接入PSTN電話(huà)網(wǎng)；各個(gè)電話(huà)終端可通過(guò)總線(xiàn)互通，但每一時(shí)刻只能有一個(gè)終端接入PSTN。終端的硬件構成如圖4所示。
由電話(huà)接口完成用戶(hù)話(huà)機模擬信號的二、四線(xiàn)轉換；由編解碼器完成對模擬語(yǔ)音信號的數字化，并進(jìn)行A率（U率）PCM編碼；由AMBE-1000對PCM語(yǔ)音信號壓縮并分組，實(shí)現分組語(yǔ)音；由單片機對分組語(yǔ)音進(jìn)行打包，最后送入485總線(xiàn)進(jìn)行傳輸。由于是多個(gè)終端，在軟件中需引入令牌機制，以防止沖突。軟件工作流程如圖5所示。
結語(yǔ)
就功能來(lái)說(shuō)，AMBE-1000是一款優(yōu)秀的語(yǔ)音壓縮處理器；就其能達到的最低壓縮速率來(lái)看，已達到了世界先進(jìn)水平，而且能夠保證高質(zhì)量的通話(huà)質(zhì)量。這使得它在世界范圍內得到了廣泛應用；但其壓縮算法為非標準算法，致使由AMBE-1000構成的語(yǔ)音處理系統只能用在某些專(zhuān)用網(wǎng)上。即使如此，它仍不失為在語(yǔ)音處理領(lǐng)域一款優(yōu)秀的處理器。
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