新型语音压缩编解码器AMBE2000

　　摘要：AMBE2000是美国DVSI公司推出的一种具有专利技术的语音压缩/解压芯片。利用该芯片能进行全双工的压缩和解压，从而以极高的压缩率提供高品质的语音质量。文中介绍了它的主要特点、引脚功能、控制接口及应用电路。

　　关键词：语音压缩;格式字;FEC;VAD;AMBE2000

　　1　引言

　　AMBE2000是一种高性能、低功耗的单片实时语音压缩解压芯片，其压缩率可在2kbps～9.6kbps范围内由软件调节，且具有FEC(前向纠错)、VAD(语音激活检测)功能和DTMF信号检测功能，因此可广泛应用于卫星通信、数字移动通信、保密通信、语音邮件等方面。

　　2　引脚说明及特性参数

　　AMBE2000的主要特性及参数如下：

　　●具有高品质的语音质量;

　　●压缩数据率可在2kbps～9.6kbps范围内用软件调节;

　　●纠错率范围为50bps～7.2kbps;

　　●具有VAD(语音激活检测)/CNI(插入舒适噪声)功能;

　　●具有DTMF信号检测和产生功能;

　　●电源电压：+3.3V;

　　●工作温度范围：-40～+100℃;

　　●采用100脚TQFP封装。

　　表1 主机接口选择

　　端口类型选择脚

　　CH_SEL1CH_SEL0

　　主动有格式00

　　主动无格式01

　　被动有格式10

　　被动无格式11

　　表2 语音数据位选择(无格式)

　　字中的语音数据位个数选择脚

　　BA_SEL1BA_SEL0

　　100

　　201

　　310

　　411

　　AMBE2000的引脚说明如下:

　　CHANN_SEL0～1(75，77)脚：主机接口类型选择端具体操作见表1所列;

　　BAUD_SEL0～1(80～81)脚：无格式语音数据位选择端具体操作见表2所列

　　RATE_SEL0～4(70～74)脚：语音压缩率与前向纠错率选择端具体操作见表3所列;

　　CODEC_SEL0～1(84～85)脚：A/D和D/A接口选择端口具体操作见表4所列;

　　表3 AMBE2000压缩数据率选择表

　　管脚74管脚73管脚72管脚71管脚70语音速率(bps)FEC速率(bps)总数据率(bps)

　　11111200002000

　　10000360003600

　　10001400004000

　　1011024001600

　　10010480004800

　　110004000800

　　1011136001200

　　1100124002400

　　10011640006400

　　1101040002400

　　11011440028007200

　　10100800008000

　　1110040004000

　　10101960009600

　　1110136006000

　　1111024007200

　　*注：压缩数据率也可通过控制字改变。

　　表4 A/D-D/A硬件配置

　　A/D-D/A类型CODEC_SEL1CODEC_SEL0

　　普通16位线性(采样率8kHz)00

　　AD公司AD73311(采样率32kHz)01

　　普通μ律(采样率8kHz)10

　　普通A律(采样率8kHz)11

　　VAD_EN(86)脚：使能语音激活检测功能端(高电平有效);

　　ECHOCAN_EN(78)脚：使能回声消除功能端(高电平有效);

　　SLEEP_EN(83)脚：休眠模式控制端口(高电平有效);

　　SLIP_EN(82)脚：滑动模式控制端口(高电平有效);

　　X2/CLKIN(68)脚：16.384MHz时钟输入脚;

　　X1(67)脚：内部振荡器输出;

　　RESETN(69)脚：复位脚(低有效);

　　EPR(20)脚：编码包就绪标志;

　　SOFT_EN(79)脚：使能软件误码判断端口(高电平有效);

　　CHAN_RX_DATA(32)脚：用于接收主机数据到AMBE2000;

　　CHAN_TX_DATA(42)脚：用于将AMBE2000数据发送到主机;

　　CHAN_RX_LK(28)脚：主机接收时钟;

　　CHAN_TX_CLK(34)脚：主机发送时钟;

　　CHAN_TX_STRB(38)脚：主机发送/接收帧同步脉冲;

　　CHAN_RX_STRB(30)脚：主机接收帧同步脉冲端口;

　　CODEC_RX_STRB(29)脚：A/D帧同步脉冲接收端;

　　CODEC_TX_STRB(37)脚：D/A帧同步脉冲发送端口;

　　CODEC_RX_DATA(31)脚：A/D发送PCM数据给AMBE2000;

　　CODEC_TX_DATA(41)脚：AMBE2000发送PCM数据到D/A;

　　CODEC_RX_CLK(27)脚：A/D时钟;

　　CODEC_TX_CLK(33)脚：D/A时钟;

　　CLOCK_MODE(51)脚：时钟模式选择端口，该端口接高电平时选择晶体振荡模式;当接低电平时选择外部时钟);

　　VDD(8，11，12，23，36，39，44，45，46，47，48，49，54，57，64，76，87，90脚)：正电源;

　　GND(1，9，10，25，26，35，40，50，52，53，56，63，65，88，89脚)：接地端;

　　其余管脚：N.C，悬空不用。

　　3　主机接口及数据格式

　　AMBE2000与主机的接口数据格式分为两种：一种是有格式;另一种是无格式。

　　3.1 有格式

　　在有格式情况下，AMBE2000大约每20ms生成一个压缩数据包，这个数据包共由24个字组成;数据包生成后，其EPR管脚会输出一个短的负脉冲指示，依此来决定对数据包的处理。数据包的具体构成如下：

　　格式字0：固定为x13ECH，为数据包的头;

　　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

　　类型7：MSB6543210：LSB

　　输入补丢失帧NCNCNCNCNC插入舒适噪声NC

　　输出NCNC解码帧重复解码静默指示NCNC编码静默检测编码DTMF检测

　　表6 格式字2-6格式

　　字2字3字4字5字6语音速率(bps)FEC速率(bps)总数据率(bps)

　　0x00280x00000x00000x00000x6428200002000

　　0x50480x00000x00000x00000x3948360003600

　　0x52500x00000x00000x00000x4150400004000

　　0x10300x00010x00000x34la0x675024001600

　　0x53600x00000x00000x00000x6c60480004800

　　0x52500x20100x00000x00000x74604000800

　　0x50480x00010x00000x24120x686036001200

　　0x10300x00050x180c0x30180x736024002400

　　0x6b800x00000x00000x00000x6c80640006400

　　0x52500x00010x00000x542a0x528040002400

　　0x52580x00090xle0c0x41270x7390440028007200

　　0x7fa00x00000x00000x00000x52a0800008000

　　0x52500x00050x20100x68340x72a0400004000

　　0x7fc00x00000x00000x00000x69c0960009600

　　0x50480x000e0x40100x6a2e0x65c036006000

　　0x10300x000e0x68la0x511b0x76c024007200

　　格式字2～6：用于指定和表示芯片的压缩数据率，具体如表6所列;

　　格式字7：该位在输入数据包中不用，因此，在设计时，应将其设置为0x0000;而在输出数据包中表示误码率;

　　格式字8、9：不用，通常设置为0x0000;

　　格式字10：高8位用于控制和表示DTMF信号的幅度，范围从3～-60dBm0(例如：0x03=3，0x00=0，0xC4=-60);低8位用于控制和检测DTMF信号，所发出和检测的信号为标准的北美呼叫音。DTMF代码见表7所列。

　　表7 DTMF代码

　　DTMF代码DTMF数字DTMF代码DTMF数字

　　0x8010x842

　　0x8830x814

　　0x8550x896

　　0x8270x868

　　0x8A90x870

　　0x83*0x8B#

　　0x8CA0x8DB

　　0x8EC0x8FD

　　0xFFDTMF无效

　　表8 格式字11格式

　　类型7：MSB6543210:LSB

　　输入NCNC语音激活(1)NC休眠(1)回声消除(1)编码/解码选择

　　输出NCNCNCNC休眠(1)回声消除(1)编码/解码选择

　　格式字11：高8位用于解码器音量控制，其中0x80表示原音量，0xFF为原音量的两倍，小于0x80为减小音量;低8位的功能如表8所列。其中编码/解码选择如下：00为编码+解码;01为编码;10为解码;11为不用;

　　格式字12～23：压缩数据信息。根据数据率的不同，其数据位数也不相同。数据位数和压缩数据率的关系如下：

　　位数=压缩数据率(bps)/50(bps)

　　例如，在最低压缩率为2kbps时，数据位数为：

　　2000/50=40位。

　　3.2 无格式

　　在无格式情况下，只需要发送数据位，但每秒会减少50bit的数据(与有格式情况相比)，因而会降低语音质量。其每个字中包含的数据位数参见表2。每帧的字数和压缩数据率的关系如下：

　　字数=[压缩数据率(bps)/50(bps)]/位数

　　式中，所选的位数必须能被选择的压缩数据率整除。AMBE2000串口时钟速率最高为2.048MHz。

　　

 

　　图1 用AMBE2000和AD73311构成的语音采样、压缩、解压缩的实用电路　点击放大

　　4　应用电路

　　图1所示是用AMBE2000和AD73311构成的语音采样、压缩、解压缩实用电路，其中AD73311是A-DI公司的一种声码器芯片，它的采样速率可以达到32kHz、16位采样数据，且具有较好的声音质量，因而可配合AMBE2000使用，在实际应用中取得了良好的效果。图中，AMBE2000选择的管脚接法将压缩率定义为2kbps同时电路设置在外部输入时钟模式，且回声消除、语音激活、滑动补偿功能有效，其EPR脚用来输出数据包就绪指示信号。在电路上电正常工作以后，还可以通过软件对AMBE2000进行重新设置，因此，AMBE2000语音压缩编解码器应用起来十分灵活。

　　5　结束语

　　语音通信在数字通信中占有十分重要的地位，通过本文所介绍的AMBE2000和AD73311所构成的数据压缩方法，不但可以节约存储资源，而且能够减小对通信带宽的需求。因此，在某些特殊的应用领域，AMBE2000语音压缩编解码芯片有着十分广阔的应用前景。