基于AMBE-2000的多速率语音通信终端模块

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摘要：介绍一种基于AMBE-2000和DSP芯片的语音通信终端模块的原理与实现方案。该终端模块具有设计简便、语音编码速率可变、音质优、性价比高、功耗小等诸多优点，可广泛应用于卫星通信、短波、微波通信和军用保密通信等场合。

    关键词：声码器 AMBE 前向纠错编码（FEC）

ＡＭＢＥ－２０００是ＤＶＳＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｏｉｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．）公司推出的单片声码器芯片。该芯片采用改进的多带激励（ＭＢＥ）算法，能实现可变速率低比特率、高语音音质的语音压缩编码。本文基于ＡＭＢＥ－２０００，设计并实现了一种语音通信终端模块。该模块具有设计简便、语音编码速率可变、音质优、接口灵活、工作电压低、功耗小等诸多优点，可广泛应用于卫星通信、短波、微波通信和保密通信等场合，具有很高的实用价值。

１ ＡＭＢＥ－２０００功能概述

１．１ ＭＢＥ算法介绍

ＭＢＥ（Ｍｕｌｔｉ－Ｂａｎｄ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）语音编码技术是上世纪８０年代末提出的一种具有高语音质量和强鲁棒性的低速率语音编解码技术。其改进的ＩＭＢＥ算法成为国际移动卫星组织（ＩＮＭＡＲＳＡＴ）和ＡＵＳＡＴ移动卫星通信的语音编码标准。ＥＩＡ／ＴＩＡ也选择了ＭＢＥ作为北美陆地移动通信系统的编码标准。ＭＢＥ语音编解码算法因其在低速率（＜４．８ｋｂｐｓ）上的优越性能，在卫星通信、数字话音存储和保密通信等领域得到广泛应用。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

ＭＢＥ编码方式在频域中按基音各谐波频率，将一帧语音的频谱划分为多个频带，对每个频带作清、浊音（Ｕ／Ｖ）判决。对浊音带，以基音为周期的脉冲序列作为激励信号；对清音带，则以白噪声作为激励信号。总的激励信号由各带激励信号相加构成。用该激励信号激励声道滤波器，最终合成出具有较高自然度的语音。ＭＢＥ模型使合成语音谱与原语音谱在细致结构上能拟合得很好，因此在低比特率的情况下，其合成语音的音质依然能保持较高的自然度。

１．２ ＡＭＢＥ－２０００的功能与特点

ＡＭＢＥ－２０００芯片是ＡＭＢＥ－１０００的改进产品。与ＡＭＢＥ－１０００相比，其语音压缩算法更优化，语音质量更高，最低编码速率也由原来的２．４ｋｂｐｓ降低到２．０ｋｂｐｓ；在硬件和接口方面，也作了若干改进，并提高了其压缩编码和前向纠错编码（ＦＥＣ）的效率和可靠性。ＡＭＢＥ－２０００主要具有以下一些特点：

（１）速率多，语音音质高：具有２．０ｋ、２．４ｋ、３．６ｋ、４．０ｋ、４．８ｋ、６．４ｋ、８．０ｋ和９．６ｋｂｐｓ八种压缩速率。当速率在４．０ｋｂｐｓ以上时，可得到接近长途电话的话音质量；当速率为２．０ｋｂｐｓ时，仍然具有较高的可懂度和自然度。

（２）可变速的ＦＥＣ功能：可根据信道情况，灵活地选择ＦＥＣ的速率。语音和ＦＥＣ的速率选择既可以通过硬件管脚设置，也可通过软件方式设置。

（３）芯片内集成卷积编码器和Ｖｉｔｅｒｂｉ译码器。

（４）低功耗、低复杂度。

（５）能产生和识别双音多频（ＤＴＭＦ）信号。

（６）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。

（７）串行信道接口可设置为主动和被动方式，传输数据可设置成帧结构或非帧结构。

ＡＭＢＥ－２０００芯片主要管脚的功能如表１所示。ＡＭＢＥ－２０００的工作频率建议使用１６．３８４ＭＨｚ，它与晶体有两种连接方式，如图１和图２所示，分别是与有源晶体和无源晶体的连接方法。

表1 AMBE-2000主要管脚功能

管    脚	功      能
RATE_SEL[4～0]	用于选择编码速率和FEC速率
CHANN_SEL[1～0]	选择信道接口方式（主动、被动、帧结构、非帧结构等）
CHAN_RX_DATA, CHAN_TX_DATA, CHAN_RX_CLK, CHAN_TX_CLK, CHAN_RX_STRB, CHAN_TX_STRB	串行信道接口引脚，分别为信道接收和发送数据、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步脉冲
CODEC_SEL[1～0]	A/D接口方式选择（如16its线性量化、A率或μ率量化等）
CODEC_RX_DATA， CODEC_TX_DATA， CODEC_RX_CLK， CODEC_TX_CLK， CODEC_RX_STRB， CODEC_TX_STRB	与A/D芯片的接口引脚，分别是数据接收和数据发送、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步信号
EPR	在芯片复位后，该引脚有一个跳沿产生，表示第1个编码帧已准备好，一帧将在20ms后产生
ECHOCAN_EN	回波抵消使能，高电平有效
VAD_EN	VAD使能，高电平有效
SLEEP_EN	标准睡眠方式使能，高电平有效
X2/CLKIN	时钟输入（16.384MHz）
RESETN	复位，低电平有效

这两种方式都可以采用，主要看所用的晶体是有源还是无源。

２ 系统硬件设计与实现

２．１ 系统框图与原理

图３是基于ＡＭＢＥ－２０００的语音通信终端模块的框图。该通信终端模块由微控制电路、ＡＭＢＥ－２０００、Ｆｌａｓｈ、时序产生电路、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ电路等构成。控制电路采用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２?眼２?演，用于控制和读写ＡＭＢＥ－２０００，并与外部交换数据；Ｆｌａｓｈ为一片Ｉｎｔｅｌ公司生产的ＴＥ２８Ｆ

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