新型語音壓縮編解碼器AMBE

新型語音壓縮編解碼器AMBE2000

摘要：AMBE2000是美國DVSI公司推出的一種具有專利技術的語音壓縮／解壓芯片。利用該芯片能進行全雙工的壓縮和解壓，從而以極高的壓縮率提供高品質的語音質量。文中介紹了它的主要特點、引腳功能、控制接口及應用電路。

    關鍵詞：語音壓縮；格式字；FEC；VAD；AMBE2000

１　引言

ＡＭＢＥ２０００是一種高性能、低功耗的單片實時語音壓縮解壓芯片，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、數字移動通信、保密通信、語音郵件等方面。

２　引腳說明及特性參數

ＡＭＢＥ２０００的主要特性及參數如下：

●具有高品質的語音質量；

●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（語音激活檢測）／ＣＮＩ（插入舒適噪聲）功能；

●具有ＤＴＭＦ信號檢測和產生功能；

●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

端口類型 選擇腳 CH_SEL1 CH_SEL0 主動有格式 0 0 主動無格式 0 1 被動有格式 1 0 被動無格式 1 1

表2 語音數據位選擇（無格式）

字中的語音數據位個數 選擇腳 BA_SEL1 BA_SEL0 1 0 0 2 0 1 3 1 0 4 1 1

ＡＭＢＥ２０００的引腳說明如下:

ＣＨＡＮＮ_ＳＥＬ０～１（７５，７７）腳：主機接口類型選擇端?具體操作見表１所列；

ＢＡＵＤ_ＳＥＬ０～１（８０～８１）腳：無格式語音數據位選擇端?具體操作見表２所列?

ＲＡＴＥ_ＳＥＬ０～４（７０～７４）腳：語音壓縮率與前向糾錯率選擇端?具體操作見表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控制字改變。

表4 A/D-D/A硬件配置

A/D-D/A類型 CODEC_SEL1 CODEC_SEL0 普通16位線性（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：滑動模式控制端口（高電平有效）；

Ｘ２／ＣＬＫＩＮ（６８）腳：１６．３８４ＭＨｚ時鐘輸入腳；

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數據發送到主機；

ＣＨＡＮ_ＲＸ_ＬＫ（２８）腳：主機接收時鐘；

ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＣＬＫ（３４）腳：主機發送時鐘；

ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＳＴＲＢ（３８）腳：主機發送／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幀同步脈沖發送端口；

ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＤＡＴＡ（３１）腳：Ａ／Ｄ發送ＰＣＭ數據給ＡＭＢＥ２０００；

ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＤＡＴＡ（４１）腳：ＡＭＢＥ２０００發送ＰＣＭ數據到Ｄ／Ａ；

ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＣＬＫ（２７）腳：Ａ／Ｄ時鐘；

ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＣＬＫ（３３）腳：Ｄ／Ａ時鐘；

ＣＬＯＣＫ_ＭＯＤＥ（５１）腳：時鐘模式選擇端口，該端口接高電平時選擇晶體振蕩模式；當接低電平時選擇外部時鐘）；

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；另一種是無格式。

３．１ 有格式

在有格式情況下，ＡＭＢＥ２０００大約每２０ｍｓ生成一個壓縮數據包，這個數據包共由２４個字組成；數據包生成后，其ＥＰＲ管腳會輸出一個短的負脈沖指示，依此來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，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，所發出和檢測的信號為標準的北美呼叫音。ＤＴＭＦ代碼見表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無效 　 　

表8 格式字11格式

類型 7：MSB 6 5 4 3 2 1 0:LSB 輸入 NC NC 語音激活（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系如下：

位數＝壓縮數據率（ｂｐｓ）／５０（ｂｐｓ）

例如，在最低壓縮率為２ｋｂｐｓ時，數據位數為：

２０００／５０＝４０位。

３．２ 無格式

在無格式情況下，只需要發送數據位，但每秒會減少５０ｂｉｔ的數據（與有格式情況相比），因而會降低語音質量。其每個字中包含的數據位數參見表２。每幀的字數和壓縮數據率的關系如下：

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串口時鐘速率最高為２．０４８ＭＨｚ。

圖1 用AMBE2000和AD73311構成的語音采樣、壓縮、解壓縮的實用電路

４　應用電路

圖１所示是用ＡＭＢＥ２０００和ＡＤ７３３１１構成的語音采樣、壓縮、解壓縮實用電路，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量，因而可配合ＡＭＢＥ２０００使用，在實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?同時電路設置在外部輸入時鐘模式，且回聲消除、語音激活、滑動補償功能有效，其ＥＰＲ腳用來輸出數據包就緒指示信號。在電路上電正常工作以后，還可以通過軟件對ＡＭＢＥ２０００進行重新設置，因此，ＡＭＢＥ２０００語音壓縮編解碼器應用起來十分靈活。

５　結束語

語音通信在數字通信中占有十分重要的地位，通過本文所介紹的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域，ＡＭＢＥ２０００語音壓縮編解碼芯片有著十分廣闊的應用前景。

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