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_SEL1 CH_SEL0 主动有格式 0 0 主动无格式 0 1 被动有格式 1 0 被动无格式 1 1 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_SEL1 BA_SEL0 1 0 0 2 0 1 3 1 0 4 1 1 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） 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：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_SEL1 CODEC_SEL0 普通16位线性（采样率8kHz） 0 0 AD公司AD73311（采样率32kHz） 0 1 普通μ律（采样率8kHz） 1 0 普通A律（采样率8kHz） 1 1 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：MSB 6 5 4 3 2 1 0：LSB 输入 补丢失帧 NC NC NC NC NC 插入舒适噪声 NC 输出 NC NC 解码帧重复 解码静默指示 NC NC 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） 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 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无效 　 　 表8 格式字11格式 类型 7：MSB 6 5 4 3 2 1 0:LSB 输入 NC NC 语音激活（1） NC 休眠（1） 回声消除（1） 编码/解码选择 输出 NC NC NC NC 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 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。