新型芯片類(lèi)的Codec和用微控制器實(shí)現的Codec新技術(shù)

　　1、前言-發(fā)送與接收給Codec(編碼器/解碼器)提出新要求

　　今天，話(huà)音業(yè)務(wù)在最開(kāi)始的時(shí)候就被轉換成了數字形式，并和成百上千的其他話(huà)音、電子郵件和網(wǎng)頁(yè)等信息一同，由一條光纖傳輸。

　　數字電話(huà)催生了信息時(shí)代，并繼續以新的技術(shù)，如因特網(wǎng)話(huà)音(VolP)，改變著(zhù)通信工業(yè)的前景。然而，無(wú)論變化常最大， Codec(編解碼器)的工作不會(huì )改變,那就是必須在線(xiàn)路上的某個(gè)點(diǎn)，將話(huà)音轉換為數字，并將數字轉換回話(huà)音。

　　Codec 是coder/decoder(編碼器/解碼器)的縮寫(xiě)，它包含：一個(gè)模擬到數字轉換器(ADC)，其作用將音頻轉換為位流；一個(gè)數字到模擬轉換器 (DAC)，其作用將收到的位流轉換回音頻；再加上一個(gè)接口，其作用和其他Codec共享總線(xiàn)，并通過(guò)總線(xiàn)插入/取回數字化的音頻信息。

　　一個(gè)Codec就是一片獨立的混合信號半導體器件。對于簡(jiǎn)單應用而言，例如端局交換機中的線(xiàn)卡，這種獨立的IC方案能夠很好地工作。然而，很多時(shí)候還希望對要發(fā)送的音頻信號作一些預處理(例如限幅、動(dòng)態(tài)范圍壓縮或頻譜整形等)，或對收到的音頻信號作一些后處理(例如噪聲抑制)。則對于這種獨立式Codec而言，這些預/后處理任務(wù)比較難以實(shí)現。這是因為模擬音頻信號一經(jīng)Codec轉換，就再也沒(méi)有機會(huì )作進(jìn)一步處理己直接連接到PCM(脈沖編碼調制)干線(xiàn)的這種獨立式的Codec了。怎么辦？可以應用一種新的方案，即采用當今各新型微控制器(μC)和外部DAC作音頻Codec，同時(shí)對入站和出站位流進(jìn)行額外的處理。值此以MAXQ3120微控制器為例,如何應用將其變?yōu)橐纛lCodec的方案作分折說(shuō)明，并對新型芯片類(lèi)Codec作介紹。為此應先了介有關(guān) Codec基本技術(shù)。

　　2、采用MAXQ3120微控制器(μC)和外部DAC作音頻Codec新方案

　　值此應先了介有關(guān)Codec基本技術(shù)。

　　2、Codec基本技術(shù)

　　2.1碼字的長(cháng)度的選擇

　　在數字電話(huà)還未問(wèn)時(shí)，人們就定義保持一個(gè)話(huà)音信號清晰可辨的必要頻段約為300Hz至3.5kHz。此范圍之外的頻率對于語(yǔ)音信號的清晰度無(wú)益。根據 Nyquist定律，對于信號的采樣率必須至少為其最高頻率的兩倍，因此所有話(huà)音Codec都工作于每秒8,000個(gè)采樣-多于所要求的3.5kHz的兩倍，每個(gè)采樣都被轉換為一個(gè)數字化的碼字。然而，碼字的長(cháng)度又帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題。在任何數字系統中，都必須在信號的完整性和字長(cháng)間做出折衷。

　　為獲得高保真，系統設計者應選擇較大的字長(cháng)，但位數越多帶寬越高，而帶寬是要付出成本的。另一方面，如果設計者選擇較小的字長(cháng)以節省帶寬成本，話(huà)音質(zhì)量就會(huì )有所損失。實(shí)踐證明，為了適應人類(lèi)話(huà)音的整個(gè)范圍，從最輕的低語(yǔ)到大聲的喊叫，看起來(lái)有必要采用十二到十四位分辨率。

　　2.2非線(xiàn)性Codec最佳方案-典型PCM Codec的響應曲線(xiàn)

　　圖1 是典型PCM Codec的響應曲線(xiàn),是最佳方案是非線(xiàn)性Codec。從圖1中看出這種類(lèi)型的Codec特征：人們的耳朵對于響亮聲音的小誤差更“寬容”，而對于微弱聲音的小誤差很敏感。圖1中，靜默狀態(tài)位于零線(xiàn)附近；輕微的話(huà)音相對于中心線(xiàn)有小量偏移，而響亮的話(huà)音偏移較多。在這樣的器件中，零線(xiàn)附近的編碼密度高于遠離零線(xiàn)處的編碼密度，使Codec既能為低電平信號提供滿(mǎn)意的性能，同時(shí)為高電平信號提供足夠的動(dòng)態(tài)范圍。

　　2.3數字端其Codec必須與PCM干線(xiàn)接口。

　　各個(gè)Codec并不是通過(guò)單獨的一組線(xiàn)連接到其相應的中繼設備上，而是一定數量的Codec一同被連接到一條共享的總線(xiàn)-PCM干線(xiàn)上。為了協(xié)調傳輸過(guò)程，這些Codec共用一個(gè)位時(shí)鐘，而用單獨的幀脈沖指揮每個(gè)器件開(kāi)始發(fā)送和接收。按照北美標準，24個(gè)Codec共享一條PCM干線(xiàn)，某種類(lèi)型的時(shí)序器邏輯以1,544,000位/秒的速率控制著(zhù)其運行節奏。

　　2.2 PCM Codec的類(lèi)型設定,即采樣信號進(jìn)行編碼的方案

　　當今，用于電話(huà)的PCM Codec已有了統一的幀速率(采樣率)。常用的采樣信號進(jìn)行編碼方案有兩種：A率(用于歐洲的)和μ率(用于美國和日本的)。有兩種基本線(xiàn)速率正在使用：歐洲的E1(2.048Mbps)和美國的DSl(1544Mbps)。故值此討論的設計為DSI(或稱(chēng)TI) Codec，其工作于A(yíng)率或U率模式。

　　μ率編碼方案按照一定規則(公式)對采樣信號進(jìn)行編碼：其中μ是本規則的特征參數，典型為255。A 率Codec的編碼方式略有不同：其中A是本規則(公式)的特征參數，通常為87.6，有些情況下為87.7。需要注意的是，當接近于零時(shí)，A率函數是線(xiàn)性的；只有當輸入大于1/A后它才變?yōu)閷怠?/p>