AMBE-1000聲碼器在語音通信系統中的應用
發布時間：2010-10-24 11:18
發布者：analog_tech
|
AMBE-1000是美國DVSI公司研制、Lucent公司生產的一款成熟的雙工聲碼器芯片。該芯片采用AMBE語音編碼算法，編碼速率為2.4～9.6kb/s。AMBE（Advanced Multi-Band Excitation）算法是MBE（Multi-Band Excitation）算法的改進和擴充。MBE語音編碼算法是將語音譜按基音頻率分成若干個帶，對各個帶的信號中清音/濁音（V、UV）分別處理，最后將各個帶信號疊加，形成全帶合成語音。AMBE-1000聲碼器在低速率和較強背景噪聲下具有比較好的語音質量，從而使其在車、船載移動衛星語音通信系統中得到廣泛應用。Inmarat（國際海事衛星組織）已把AMBE-1000應用于其各代衛星語音通信系統中，該芯片還可應用于語音壓縮與存儲等系統。本文把AMBE-1000應用于語音通信系統，提出了具體實現方案，給出了其電話用戶接口回路、PCM語音數字化編碼回路和AMBE-1000支持電路。 1 AMBE-1000簡介 1.1 AMBE-1000的主要特點 （1）具有高語音質量、低速率的全雙工編碼器。編碼速率從2.4kb/s至9.6kb/s可變，語音質量和其它聲碼器的比較如圖1所示。 從圖1可以看出，在4.8kb/s的編碼速率下，AMBE-100有很好的語音質量；在2.4kb/s的編碼速率下，該芯片產生的語音比GSM語音還好。 （2）有較強的抗背景噪聲能力，有FEC功能，有良好的抗信道干擾能力，具體如圖2所示。 從圖2可以看出，AMBE-1000算法的抗背景噪聲能力明顯比較性預測CELP等其它算法的高。 （3）具有功耗低的優點，還具有DTMF信號的檢測、識別、產生和發送以及話音激活、舒適噪音插入和回音消除等功能。 1.2 AMBE-1000的基本工作原理 AMBE-1000的AD/DA語音接口信號可以是標準的μ律或A律壓擴量化的PCM信號，也可以是14或16比特線性量化的PCM信號。壓縮語音數據的傳輸接口能夠設置為主動或被動方式，且數據可按串行或并行的方式傳輸。AMBE-1000提供了用來設置芯片默認工作狀態的一系列引腳，芯片加電時自動進入由引腳設置的默認狀態。這些設置包括AD/DA轉換格式、語音編碼速率、FEC速率、主動/被動方式、并/串數據方式、VAD使能、回音消除使能等。這些狀態可以通過硬件設置，也可以由軟件通過控制字進行更改。 AMBE-1000的數據格式可以是幀格式也可以是非幀格式，通常使用幀格式。對于幀格式，AMBE-1000以20ms為周期全雙工并行工作。在20ms之后，AMBE-1000將A/D轉換器送來的數字化語音壓縮，按其幀格式打包后送到編碼輸出緩沖器，并將解碼器輸入緩沖器的數據包解壓還原送向D/A轉換器，從而完成對數字語音的編、解碼。 2 AMBE-1000在語音通信系統中的應用 基于AMBE-1000具有的優點，本文設計的系統總框圖如圖3所示。系統采用電話機輸入語音，提供了標準的RJ11接口，接口電路用MC3419-1L實現。語音的數字化PCM編碼采用MC14LC5480實現，最后采用AMBE-1000對語音實現壓縮。 2.1 用戶回路接口電路 用戶回路接口電路SCIL（Subscriber Loop Interface Circuit）主要為用戶電話機回路提供“BORSHT”功能，由MC3419-1L實現。 MC3419-1L是Motrola公司生產的用戶回路接口電路接口芯片，其基本性能有：向用戶環路饋送直流電源；采用電流鏡、運放及外接平衡網絡完成2/4線轉換；具有用戶線狀態的檢測功能，并輸出相應的電平信息。MC3419-1L電路內采用電流鏡來實現各種主要功能。電流鏡最重要的特性是它可將一路輸入電流分解為若干路輸出電流，輸入為低阻抗，輸出為高阻抗，輸出輸入電流有嚴格的比例關系。MC3419-1L使用6個電流鏡中的兩個組成直流饋電電路。為了提高饋電能力并降低芯片功能，需要外接TIP125/111作為輸出電流的功放管；芯片的2/4線轉功能也是利用運放和電流鏡實現的，二線用戶環路信號（平衡信號）可傳送到四線發送輸出端（非平衡信號），而四線接收輸入端的信號除了傳送到用戶環路外，還通過平衡網絡，抵消返回到發送運放輸入端的信號，實現接收至發送之間的隔離；芯片的用戶掛機、摘機檢測也是通過內部電流鏡比較來實現的。 圖4是MC3419-1L的一個簡化應用電路。在圖4中，TIP125和TIP111都是電流饋電功放輸出管；-48伏電源與用戶線之間的二極管橋和電阻主要起過壓過流保護作用，電容起防沖擊作用；接入CC引腳的外接阻容元件主要用于抑制工頻共模干擾；MC3419-1L與PCM的連接部分為平衡網絡電路。 2.2 PCM電路 語音的PCM編碼是將模擬的語音信號轉變為數字的語音信號。它是語音數字化的第一步，也是語音壓縮的基礎。 MC14LC5480是Motorola公司生產的μ/A律PCM芯片，它有以下特點：低功耗；低噪聲的全差分模擬電路設計；片內集成有發送帶通濾波器和接收低通濾波器；具有RC預濾波器后濾波器；μ/A律可選擇。 圖5是MC14LC548的原理框圖。 在圖5中，RO+、RO-和TI+、TI-分別是PCM模擬語音信號的差分輸出和輸入；PI、PO+、PO-用來放大模擬信號以驅動模擬語音設備；同步控制部分主要用于控制幀同步和比特位同步，控制引腳主要用于μ/A律的選擇和低功耗模式的選擇。 圖6是MC14LC5480的具體應用電路圖。 在圖6中，8kHz、2.048MHz時鐘源可用Motorola的MC74HC4060來產生。具體實現如圖7所示。 2.3 AMBE-1000電路 AMBE-1000的電路分三個部分：與PCM接口部分；芯片控制引腳設置部分；壓縮數據輸入、輸出部分。 2.3.1 AMBE-1000與PCM的接口電路 AMBE-1000要求PCM語音數據以串行的方式輸入、輸出。該接口電路的關鍵在于PCM語音數據的幀同步和比特位同步，具體實現電路如圖8所示。 其中，輸入的8kHz時鐘源用于比特位同步，2.048MHz時鐘源用于幀同步。D觸發器和反向器用于兩個時鐘源的同步。 2.3.2 芯片控制引腳設置 AMBE-1000的引腳設置主要包括傳輸接口的設置，也就是對串行與并行、主動與被動、幀與非幀的傳輸接口模式設置，還包括芯片特定功能的設置。 傳輸接口的串、并行設置就是選擇壓縮語音數據是以8比特寬并行方式輸入、輸出，還是以串行的方式輸入、輸出。芯片的主動、被動模式是指壓縮語音數據輸入、輸出的選通脈沖信號是由AMBE-1000提供還是由外部提供。幀與非幀的模式是指輸入、輸出數據是由外部提供。幀與非幀的模式是指輸入、輸出數據是否用AMBE-1000的固定數據幀格式封裝。在本系統中AMBE-1000設置為主支、串行、幀格式格式下工作。 AMBE-1000特定功能的設置包括AD/DA轉換格式、語音編碼速率、FEC速率、VAD使能、CNI使能、回音使能、DTMF處理以及低功耗模式等。引腳設置為芯片設置了加電時自動進入的默認狀態。以上部分設置還可以通過AMBE-1000的軟件控制字進行更改，引腳設置的電路可以采用跳線座和跳線帽來實現，以方便硬設置的更改。 2.3.3 壓縮語音數據的輸入輸出電路 壓縮語音數據的輸入輸出電路主要是指傳輸接口的設置電路以及與標準串口DB-9的連接電路。本系統傳輸接口的設置為主動、串行、幀格式模式，也就是CH_SEL2、CH_SEL1、CH_SEL0（98、99、2引腳）設置為0、1、0。圖9為芯片與DB-9的簡化連接電路圖。 其中，AMBE-1000中的CHS_I_CLK（串行輸入時鐘）CHS_O_CLK（串行輸出時鐘）、CHS_I_STRB（輸入數據選通）、CHS_）_STRB（輸出數據選通）、CHS_SYNC（串行同步）用于輸入輸出的時鐘同步。 |
網友評論