【摘 要】本文介绍了一种基于AMBE-2000的高质量语音通信系统， 该系统采用DVSI公司开发的AMBE语音芯片，能够实现在低比特率压缩系统中提供极优的语音通信质量，并且在选择语音速率和纠错数据配置中提供了高度的灵活性，还有其重要的特点就是能耗和成本较低，所以基于AMBE-2000的高质量语音通信系统可以被更多的行业所运用，民用如卫星通讯、语音传输等和军用场合如军用保密通信等都行业有所涉及。
【关键词】语音压缩；AMBE-2000；编码/解码
随着科技的进步，现代通信技术的发展越来越快，而语音通信作为现代通信中不可或缺的组成部分，人们对它的通信质量要求也越来越高。美国DVSI公司所推出的AMBE-2000是一种基于高级多带激励（Advanced Multi-Band Excitation）语音压缩算法的高性能，低功耗的实时编解码芯片，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，能在低速率全双工的工作方式下获得高品质的语音服务。本文基于AMBE-2000芯片设计实现了一种在低速率和较强背景噪声下仍具有比较高质量的语音通信系统，该系统具有稳定性强，可靠性高，语音编码速率可变，接口灵活，功耗低等诸多优点，因此具有很高的实用价值。
1、AMBE-2000简介
1.1 AMBE-2000的主要特性
（1）速率选择多：AMBE-2000有八种压缩速率可选择，分别是2.0K、2.4K、3.6K、4.0K、4.8K、6.4K、8.0K和9.6Kbps。
（2）语音质量高：当速率调整到4.0Kbps以上就能够接近长途电话的通话质量。速率在保持最低的时候，也基本能达到需要。
（3）具有FEC功能：这里的FEC是可变速的，客户即可以根据硬件设备进行调控，也可以通过软件进行调节。功能灵活可变。
（4）拥有Viterbi译码器和卷积编码器。
（5）耗能低，易上手
（6）能解读双音多频信号
（7）具有语音激活检测（Voice Activity Detection）功能、回波抵消（Echo Cancelling）功能和舒适噪声（Comfortable Noise）产生功能等。
（8）主动和被动方式双重设置串行信道接口，帧结构或非帧结构的传输数据设置。
1.2 AMBE-2000的基本工作原理
如图1。如图所示模型，AMBE-2000解析为编码器和解码器两个部分，首先编码器接受8kHz语音数据流随后便根据所需输出数据，然后解码器接受数据流并合成语音流，编码器和解码器接受数据流的时间并不同步，但是接入和输出的数据流一定是相同的单位格式 (16-bit线性,8-bitA率,或s-bitμ率)。信道接口是普通的8或16位微处理器，也可是说与其能实现相同功能的外围元件。
2、系统设计与实现
2.1 系统框图及原理
如图2所示。它是AMBE-2000系统的原理视图，视图显示了其系统的主要功能就是实现数字语音和模拟语音的相互转化，它还可以通过降低语音的传输速率来提高系统的利用率。实现的时候需要满足系统的接口要求。模拟语音连接耳机话筒组，数字部分则需要数据流连接外部的处理器，而解压数据流则实现远距离传输语音信息的功能。
语音发送时：使用者通过麦克风进行语音输入，输入的语音再通过话音处理系统把虚拟话音进行A/D采样，然后经过芯片压缩，最后被运送到信息处理器进行处理。远距离传输的语音也可以经过RS-422串口压缩以后再送入信息处理器进行处理。
接收话音时：通过串行总线接收到压缩数据，经AMBE-2000芯片解码后通过D/A转换为模拟信号发送给喇叭；或者将收到的压缩数据经解压后通过RS-422串口远距离传出去。
2.2 AMBE-2000与A/D-D/A芯片的接口设计
在本系统的设计中，选择高品质的A/D-D/A芯片是系统设计的重中之重，A/D-D/A芯片应该适合于AMBE-2000的语音数据流，两者之间必须要有相同的格式，也就是16位线性，8位A律，8位μ律。
本设计选用美国AD公司的AD73311。AD73311是AD公司推出的具有低成本和低能耗元件，它的特点是有64khz、32khz、21.33khz、16khz、12.8khz、8khz六种采样率可以选择；具有可变增益的输入、输出放大器；通过串口传递语音数据接收控制命令，令任务完成的简单高效；最大功率为50mw;在输入的模型信号经过可变增益放大器、a/d转换器后变为数字信号，数字信号再由串口输入，或又串口输入的数据流转变为模拟信号，由可变增益放大器输出。
AD73311有程序模式、数据模式、混合模式、模拟环路模式和数字环路模式等5种工作模式。其中前三种是正常的工作模式；后两种是调试模式，仅在调试时使用混合模式。
设计时可以通过配置硬件管脚84,85（CODEC_SEL[1~0]=01b），将AMBE-2000的语音接口专门设置成与AD73311通信，这样便可以使得电路的设计变得比较简单。AMBE-2000与AD73311的连接方式如图3所示。
使用时，AD73311的SE（即串口使能端）必须接高电平，不然AD73311将没有SCLK串口时钟输出。上电复位后，AMBE-2000的CODEC_TX_DATA信号应与AD73311的串行输入隔离开，并保持365ms左右，然后，利用FPGA配置AD73311内部寄存器，这时，AMBE-2000依次发送0x8113、0x82f9、0x8300及0x8001，前3个控制字设置AD73311进入以下工作状态：DMCLK（设备内部主时钟）=MCLK（外部主时钟）/2=8.046MHz；SCLK（串口时钟）=MCLK/16=1.024MHz；Sample rate（采样频率）=MCLK/512=32KHz。最后1个控制字标志着控制字设置的结束，进入“数据模式”，AMBE-2000的CODEC_TX_DATA信号应与AD73311的串行输入接通，可以进行正常的数据传输。
2.3 AMBE-2000与信道的接口设计
AMBE-2000系统的控制器每20ms读取一次编码器，在使用FPGA作为外部控制器的同时初始帧EPR由高变低，同样每隔20ms准备1帧，而外部控制器需要相应读取。其中，每帧24个双字，每个双字16位。AMBE-2000整个读取数据的过程为首先等待一个不超过20ms的时间然后发送帧同步信号，同时读取一帧串行输出数据。如果接受到的数据是0x13EC，则读取本包的剩余23个字。若不是，则需要重新开始执行。
DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。在本系统设计中，它主要起着控制、调整的作用，并与FPGA实现相互间的数据交换。
2.4 AMBE-2000的压缩数据格式
AMBE-2000有两种压缩数据格式，一种是较为灵活的格式化数据格式，一种是较为严谨的非格式化数据格式。一般采用格式化数据格式。在格式化数据格式的环境下，编码器每20ms产生一个压缩数据包，数据包由每个字16比特共24个字构成，这些数据包通过信道串行接口进行传输，在传输的同时也要对数据进行译码，同样的，每20ms信道都要向译码器提供一个压缩数据包。这时候可以由软件来控制或改变工作状态。
3、结束语
本文所设计的基于美国DVSI公司的AMBE-2000的语音通信系统，既能够在低速率传输的时候保持数据的完整性，又能够实现低耗能产出，是一款高质量的语音通信系统，且该系统可靠性高，稳定性好，简单实用，对于要求越来越高的语音传输系统，具有很高的实用价值。
参考文献
[1] 王金明.基于AMBE-2000的多速率语音通信终端模块.通信与电视.2004-1
[2] AMBE-2000TM Vocoder Chip User"sManual Version 4.8，2007.
[3] AD73311 Datasheet，Analog Devices，Inc.，1998.
[4] 高原.AMBE-2000™声码器在数字加密电话中的应用.电子元器件应用.2007.1
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