新型語(yǔ)音壓縮編解碼器AMBE2000
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關(guān)鍵詞：語(yǔ)音壓縮；格式字；FEC；VAD；AMBE2000
１ 引言
ＡＭＢＥ２０００是一種高性能、低功耗的單片實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓縮解壓芯片，其壓縮率可在２ｋｂｐｓ～９．６ｋｂｐｓ范圍內由軟件調節，且具有ＦＥＣ（前向糾錯）、ＶＡＤ（語(yǔ)音激活檢測）功能和ＤＴＭＦ信號檢測功能，因此可廣泛應用于衛星通信、數字移動(dòng)通信、保密通信、語(yǔ)音郵件等方面。
２ 引腳說(shuō)明及特性參數
ＡＭＢＥ２０００的主要特性及參數如下：
●具有高品質(zhì)的語(yǔ)音質(zhì)量；
●壓縮數據率可在２ｋｂｐｓ～９．６ｋｂｐｓ范圍內用軟件調節；
●糾錯率范圍為５０ｂｐｓ～７．２ｋｂｐｓ；
●具有ＶＡＤ（語(yǔ)音激活檢測）／ＣＮＩ（插入舒適噪聲）功能；
●具有ＤＴＭＦ信號檢測和產(chǎn)生功能；
●電源電壓：＋３．３Ｖ；
●工作溫度范圍：－４０～＋１００℃；
●采用１００腳ＴＱＦＰ封裝。
表1 主機接口選擇
| 端口類(lèi)型 | 選擇腳 | |
| CH_SEL1 | CH_SEL0 | |
| 主動(dòng)有格式 | 0 | 0 |
| 主動(dòng)無(wú)格式 | 0 | 1 |
| 被動(dòng)有格式 | 1 | 0 |
| 被動(dòng)無(wú)格式 | 1 | 1 |
表2 語(yǔ)音數據位選擇（無(wú)格式）
| 字中的語(yǔ)音數據位個(gè)數 | 選擇腳 | |
| BA_SEL1 | BA_SEL0 | |
| 1 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 1 |
| 3 | 1 | 0 |
| 4 | 1 | 1 |
ＡＭＢＥ２０００的引腳說(shuō)明如下:
ＣＨＡＮＮ_ＳＥＬ０～１（７５，７７）腳：主機接口類(lèi)型選擇端?具體操作見(jiàn)表１所列；
ＢＡＵＤ_ＳＥＬ０～１（８０～８１）腳：無(wú)格式語(yǔ)音數據位選擇端?具體操作見(jiàn)表２所列?
ＲＡＴＥ_ＳＥＬ０～４（７０～７４）腳：語(yǔ)音壓縮率與前向糾錯率選擇端?具體操作見(jiàn)表３所列；
ＣＯＤＥＣ_ＳＥＬ０～１（８４～８５）腳：Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ接口選擇端口?具體操作見(jiàn)表４所列；
表3 AMBE2000壓縮數據率選擇表
| 管腳74 | 管腳73 | 管腳72 | 管腳71 | 管腳70 | 語(yǔ)音速率（bps） | FEC速率（bps） | 總數據率（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：壓縮數據率也可通過(guò)控制字改變。
表4 A/D-D/A硬件配置
| A/D-D/A類(lèi)型 | CODEC_SEL1 | CODEC_SEL0 |
| 普通16位線(xiàn)性（采樣率8kHz） | 0 | 0 |
| AD公司AD73311（采樣率32kHz） | 0 | 1 |
| 普通μ律（采樣率8kHz） | 1 | 0 |
| 普通A律（采樣率8kHz） | 1 | 1 |
ＶＡＤ_ＥＮ（８６）腳：使能語(yǔ)音激活檢測功能端（高電平有效）；
ＥＣＨＯＣＡＮ_ＥＮ（７８）腳：使能回聲消除功能端（高電平有效）；
ＳＬＥＥＰ_ＥＮ（８３）腳：休眠模式控制端口（高電平有效）；
ＳＬＩＰ_ＥＮ（８２）腳：滑動(dòng)模式控制端口（高電平有效）；
Ｘ２／ＣＬＫＩＮ（６８）腳：１６．３８４ＭＨｚ時(shí)鐘輸入腳；
Ｘ１（６７）腳：內部振蕩器輸出；
ＲＥＳＥＴＮ（６９）腳：復位腳（低有效）；
ＥＰＲ（２０）腳：編碼包就緒標志；
ＳＯＦＴ_ＥＮ（７９）腳：使能軟件誤碼判斷端口（高電平有效）；
ＣＨＡＮ_ＲＸ_ＤＡＴＡ（３２）腳：用于接收主機數據到ＡＭＢＥ２０００；
ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＤＡＴＡ（４２）腳：用于將ＡＭＢＥ２０００數據發(fā)送到主機；
ＣＨＡＮ_ＲＸ_ＬＫ（２８）腳：主機接收時(shí)鐘；
ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＣＬＫ（３４）腳：主機發(fā)送時(shí)鐘；
ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＳＴＲＢ（３８）腳：主機發(fā)送／接收幀同步脈沖；
ＣＨＡＮ_ＲＸ_ＳＴＲＢ（３０）腳：主機接收幀同步脈沖端口；
ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＳＴＲＢ（２９）腳：Ａ／Ｄ幀同步脈沖接收端；
ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＳＴＲＢ（３７）腳：Ｄ／Ａ幀同步脈沖發(fā)送端口；
ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＤＡＴＡ（３１）腳：Ａ／Ｄ發(fā)送ＰＣＭ數據給ＡＭＢＥ２０００；
ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＤＡＴＡ（４１）腳：ＡＭＢＥ２０００發(fā)送ＰＣＭ數據到Ｄ／Ａ；
ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＣＬＫ（２７）腳：Ａ／Ｄ時(shí)鐘；
ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＣＬＫ（３３）腳：Ｄ／Ａ時(shí)鐘；
ＣＬＯＣＫ_ＭＯＤＥ（５１）腳：時(shí)鐘模式選擇端口，該端口接高電平時(shí)選擇晶體振蕩模式；當接低電平時(shí)選擇外部時(shí)鐘）；
ＶＤＤ（８，1１，１２，２３，３６，３９，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５４，５７，６４，７６，８７，９０腳）：正電源；
ＧＮＤ（１，９，１０，２５，２６，３５，４０，５０，５２，５３，５６，６３，６５，８８，８９腳）：接地端；
其余管腳：Ｎ．Ｃ，懸空不用。
３ 主機接口及數據格式
ＡＭＢＥ２０００與主機的接口數據格式分為兩種：一種是有格式；另一種是無(wú)格式。
３．１ 有格式
在有格式情況下，ＡＭＢＥ２０００大約每２０ｍｓ生成一個(gè)壓縮數據包，這個(gè)數據包共由２４個(gè)字組成；數據包生成后，其ＥＰＲ管腳會(huì )輸出一個(gè)短的負脈沖指示，依此來(lái)決定對數據包的處理。數據包的具體構成如下：
格式字０：固定為ｘ１３ＥＣＨ，為數據包的頭；
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
| 類(lèi)型 | 7：MSB | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0：LSB |
| 輸入 | 補丟失幀 | NC | NC | NC | NC | NC | 插入舒適噪聲 | NC |
| 輸出 | NC | NC | 解碼幀重復 | 解碼靜默指示 | NC | NC | 編碼靜默檢測 | 編碼DTMF檢測 |
表6 格式字2-6格式
| 字2 | 字3 | 字4 | 字5 | 字6 | 語(yǔ)音速率（bps） | FEC速率（bps） | 總數據率（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壓縮數據率，具體如表６所列；
格式字７：該位在輸入數據包中不用，因此，在設計時(shí)，應將其設置為０ｘ００００；而在輸出數據包中表示誤碼率；
格式字８、９：不用，通常設置為０ｘ００００；
格式字１０：高８位用于控制和表示ＤＴＭＦ信號的幅度，范圍從３～－６０ｄＢｍ０（例如：０ｘ０３＝３，０ｘ００＝０，０ｘＣ４＝－６０）；低８位用于控制和檢測ＤＴＭＦ信號，所發(fā)出和檢測的信號為標準的北美呼叫音。ＤＴＭＦ代碼見(jiàn)表７所列。
表7 DTMF代碼
| DTMF代碼 | DTMF數字 | DTMF代碼 | DTMF數字 |
| 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無(wú)效 |
表8 格式字11格式
| 類(lèi)型 | 7：MSB | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0:LSB |
| 輸入 | NC | NC | 語(yǔ)音激活（1） | NC | 休眠（1） | 回聲消除（1） | 編碼/解碼選擇 | |
| 輸出 | NC | NC | NC | NC | 休眠（1） | 回聲消除（1） | 編碼/解碼選擇 | |
格式字１１：高８位用于解碼器音量控制，其中０ｘ８０表示原音量，０ｘＦＦ為原音量的兩倍，小于０ｘ８０為減小音量；低８位的功能如表８所列。其中編碼／解碼選擇如下：００為編碼＋解碼；０１為編碼；１０為解碼；１１為不用；
格式字１２～２３：壓縮數據信息。根據數據率的不同，其數據位數也不相同。數據位數和壓縮數據率的關(guān)系如下：
位數＝壓縮數據率（ｂｐｓ）／５０（ｂｐｓ）
例如，在最低壓縮率為２ｋｂｐｓ時(shí)，數據位數為：
２０００／５０＝４０位。
３．２ 無(wú)格式
在無(wú)格式情況下，只需要發(fā)送數據位，但每秒會(huì )減少５０ｂｉｔ的數據（與有格式情況相比），因而會(huì )降低語(yǔ)音質(zhì)量。其每個(gè)字中包含的數據位數參見(jiàn)表２。每幀的字數和壓縮數據率的關(guān)系如下：
字數＝[壓縮數據率（ｂｐｓ）／５０（ｂｐｓ）]／位數
式中，所選的位數必須能被選擇的壓縮數據率整除。ＡＭＢＥ２０００串口時(shí)鐘速率最高為２．０４８ＭＨｚ。
圖1 用AMBE2000和AD73311構成的語(yǔ)音采樣、壓縮、解壓縮的實(shí)用電路
４ 應用電路
圖１所示是用ＡＭＢＥ２０００和ＡＤ７３３１１構成的語(yǔ)音采樣、壓縮、解壓縮實(shí)用電路，其中ＡＤ７３３１１是Ａ-ＤＩ公司的一種聲碼器芯片，它的采樣速率可以達到３２ｋＨｚ、１６位采樣數據，且具有較好的聲音質(zhì)量，因而可配合ＡＭＢＥ２０００使用，在實(shí)際應用中取得了良好的效果。圖中，ＡＭＢＥ２０００選擇的管腳接法將壓縮率定義為２ｋｂｐｓ?同時(shí)電路設置在外部輸入時(shí)鐘模式，且回聲消除、語(yǔ)音激活、滑動(dòng)補償功能有效，其ＥＰＲ腳用來(lái)輸出數據包就緒指示信號。在電路上電正常工作以后，還可以通過(guò)軟件對ＡＭＢＥ２０００進(jìn)行重新設置，因此，ＡＭＢＥ２０００語(yǔ)音壓縮編解碼器應用起來(lái)十分靈活。
５ 結束語(yǔ)
語(yǔ)音通信在數字通信中占有十分重要的地位，通過(guò)本文所介紹的ＡＭＢＥ２０００和ＡＤ７３３１１所構成的數據壓縮方法，不但可以節約存儲資源，而且能夠減小對通信帶寬的需求。因此，在某些特殊的應用領(lǐng)域，ＡＭＢＥ２０００語(yǔ)音壓縮編解碼芯片有著(zhù)十分廣闊的應用前景。
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