先進多帶激勵(AMBE)算法是一種基于多帶激勵(MBE) 語音模型的低比特率、高性能的語音壓縮編碼方法。它不僅碼率低，在低碼率情況下能夠保持優(yōu)良的語音合成的自然度效果，同時還具有良好的抗背景噪聲能力。正因為AMBE語音壓縮編碼的這些優(yōu)點，本文采用美國DVSI公司的AMBE-2000^TM聲碼器芯片作為語音壓縮的編解碼芯片，設(shè)計語音通信系統(tǒng)。AMBE-2000^TM聲碼器芯片是一款高性能、低功耗、可變速率的單片實時全雙工語音壓縮解壓芯片。該芯片采用改進的多帶激勵(AMBE)算法。其壓縮率可在2.0kbps～9.6kbps范圍內(nèi)由軟件調(diào)節(jié)。本文介紹的語音通信系統(tǒng)具有設(shè)計簡便、音質(zhì)優(yōu)、功耗低等優(yōu)點。
1 語音通信系統(tǒng)
　　語音通信系統(tǒng)由CPU、AMBE-2000^TM聲碼器芯片、可編程邏輯器件(FPGA)、Flash、A/D-D/A電路、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口芯片等構(gòu)成。CPU采用的是AT89C55單片機，用于控制和讀寫AMBE-2000^TM聲碼器；可編程邏輯器件采用EP1K30，用于完成系統(tǒng)所需時序；Flash采用一片EPC2，用于存儲程序和初始化數(shù)據(jù)；A/D-D/A電路由AD公司的AD73311構(gòu)成；數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用的是Zarlink公司的MT9172，工作在調(diào)制解調(diào)器模式。
　　可編程邏輯器件EP1K30除用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時序外，還對數(shù)據(jù)包進行處理，完成數(shù)據(jù)的拆包、組包。EP1K30功耗非常低，速度非?？?，使用方便。EP1K30需要空出五個引腳與EPC2進行數(shù)據(jù)交換。EPC2是EP1K30的配置芯片，屬于Flash Memory(閃存)器件，具有可擦寫功能。
　　MT9172數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口芯片(簡稱DNIC)是一種能在普通雙絞線上提供高速、全雙工數(shù)字傳輸?shù)亩喙δ苄酒Ｆ渥罡邆鬏斔俾士蛇_160kbit/s。由于采用了先進的自適應(yīng)回波抵消技術(shù)，使其只用單根雙絞線對即可實現(xiàn)全雙工通信。該芯片支持ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))的2B+D(兩個64kbps的B通道和一個16kbps的D通道)數(shù)據(jù)格式。具備幀同步和時鐘提取能力。
2 AMBE-2000^TM與AD73311接口設(shè)計
　　AMBE-2000^TM的編碼器和解碼器可同時完成語音的編碼和解碼任務(wù)；并且所有的編碼和解碼操作都在芯片內(nèi)部完成，不需要外擴的存儲器。
　　AMBE-2000^TM芯片內(nèi)部時鐘工作在66MHz，但由于內(nèi)部有PLL電路，只需外接16.384MHz晶體即可。芯片外部接口簡單，基本無須額外的外圍器件，可接收A律或μ律編碼的PCM數(shù)據(jù)，編碼速率為2.0kbps～9.6kbps可調(diào)。
　　語音接口采用外置的A/D-D/A芯片。下面介紹A/D-D/A接口電路的設(shè)計。A/D-D/A芯片的選擇對于設(shè)計出具有優(yōu)良語音質(zhì)量的系統(tǒng)非常關(guān)鍵^[1]。在選擇A/D-D/A芯片時，需要考慮這些芯片的信噪比和濾波性能。一般應(yīng)優(yōu)先考慮那些16位線性A/D-D/A芯片，以獲得較好的語音質(zhì)量。
　　AD73311內(nèi)含16位信噪比為75dB的A/D轉(zhuǎn)換器和16位信噪比為70dB的D/A轉(zhuǎn)換器，采樣頻率和輸入輸出增益均可程控，自帶參考電壓及串行輸入輸出接口等^[2]。A/D轉(zhuǎn)換編碼通道包括可編程增益放大器、模擬∑-△調(diào)制器、反混迭數(shù)字濾波抽取器。D/A轉(zhuǎn)換解碼通道的構(gòu)成和工作原理與A/D轉(zhuǎn)換編碼通道相似，包括反鏡像數(shù)字濾波內(nèi)插器、數(shù)字∑-△解調(diào)器、1bitD/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和帶差分輸出端的可編程增益放大器^[3]。
　　AD公司的AD73311用起來非常靈活，內(nèi)部共有五個控制寄存器組(CRA、CRB、CRC、CRD、CRE)，通過送控制字" title="控制字">控制字控制它的工作模式、芯片級連個數(shù)、內(nèi)部參考電壓的電源控制、輸入輸出可編程放大器的增益等。如果AMBE-2000^TM的CODEC_SEL[1-0](85腳、84腳)被設(shè)置為01b，聲碼器芯片送控制字到AD73311的控制寄存器。控制字的設(shè)置如表1^[1]所示。AMBE-2000^TM聲碼器芯片與AD73311的接口連接框圖如圖1所示^[1]。

3 AMBE-2000與主機的接口設(shè)計
　　AMBE-2000^TM與主機AT89C55的接口有兩種模式：主動模式和被動模式。在主動模式下，數(shù)據(jù)選通信號(strb)由AMBE-2000^TM聲碼器芯片內(nèi)部產(chǎn)生；而在被動模式下，數(shù)據(jù)選通信號由外部提供。聲碼器與主機接口的數(shù)據(jù)格式分為兩種：有幀格式和無幀格式。本系統(tǒng)采用主動模式和有幀格式。有幀格式是24×16bit字的格式。每20毫秒編碼器輸出24個16bit字，同時解碼器接收24個16bit字。輸入幀格式中前12個字組成頭。格式字0固定為0x13EC，起同步作用；格式字1用于控制電源模式等；格式字2～6指定和表示芯片的壓縮數(shù)據(jù)率；格式字7、8、9設(shè)為0x0000，不用；格式字10用于控制和表示DTMF信號的幅度；格式字11用于解碼器音量控制；格式字12～23為真正的壓縮數(shù)據(jù)信息。輸出幀格式和輸入幀格式基本相同，只有格式字7不同，在輸入格式中不用，而在輸出格式中用來表示位錯率。
　　AMBE-2000^TM輸出的所有數(shù)據(jù)并不是都通過信道。只有語音信息才通過信道。在語音傳輸系統(tǒng)中，從編碼器輸出的數(shù)據(jù)包中抽去原始幀頭，加上系統(tǒng)幀頭，然后經(jīng)過MT9172DNIC送到信道。接收時，把從信道過來的數(shù)據(jù)重新組合，去系統(tǒng)幀頭加上原始幀頭再送給解碼器解碼，最后送到揚聲器。圖2給出了系統(tǒng)工作原理框圖。

　　聲碼器AMBE-2000^TM以20ms為周期全雙工并行工作。每隔20ms聲碼器都有一個低脈沖(EPR)通知外圍器件，表示一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好，外部可以讀取幀數(shù)據(jù)信息。需要注意的是EPR信號不能用作中斷。
　　AMBE-2000的幀數(shù)據(jù)輸出輸入都采用三線方式，即時鐘(chan_clk)、 同步(chan_strb)以及數(shù)據(jù)(chan_data)串行。這三個信號的時序關(guān)系如圖3所示。
4 用MT9172實現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器
　　MT9172內(nèi)部主要包括發(fā)送接口、接收接口、線路接口、回波抵消器、擾碼/解擾碼器、二相差分編碼/解碼器、收發(fā)時序與控制電路以及時鐘鎖相環(huán)路等^[4]。
　　發(fā)送接口和接收接口又都包括一個數(shù)據(jù)/語音接口(簡稱DV口)和一個控制/數(shù)據(jù)接口(簡稱CD口)，DV口用于傳送語音編碼信息或其它用戶數(shù)據(jù)信息，CD口用于傳送各種控制信息和低速數(shù)據(jù)。DNIC有多種工作模式，兩個主要模式是調(diào)制解調(diào)器模式(MODEM)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)模式(DN) 。在DN模式下，線路輸出ISDN的2B+D數(shù)據(jù)，而在MODEM模式下，DV和CD口是透明的串行數(shù)據(jù)流口。另外，其工作方式還有主/從以及單/雙口之分。主方芯片的時間基準信號和幀同步時鐘由外部高穩(wěn)定度的時鐘源提供，而從方則直接從線路上提取。
　　在一個數(shù)據(jù)傳輸鏈上，必須一端工作在主方式，而另一端工作在從方式。雙口工作時，DV口和CD口都有效；而單口工作時，所有的信息都通過DV口傳遞，CD口無效。在MODEM模式下，必須用雙口工作，D信道和兩個B信道都不再存在，線路口仍為80kbit/s或160kbit/s傳輸，但沒有了同步位開銷，只有透明數(shù)據(jù)傳輸。
　　利用MT9172芯片設(shè)計數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，必須正確設(shè)定工作方式。圖4是用該芯片設(shè)計的調(diào)制解調(diào)器的硬件框圖，工作在雙口方式。方式控制端MS0接+5V、MS1接地，當MS2接地時，MT9172工作在主方式；當MS2 接+5V時，MT9172工作在從方式。主方式工作時，10．24MHz時鐘應(yīng)由外部的數(shù)字鎖相環(huán)路提供高穩(wěn)定度的時鐘，而從方式時，可在OSC1、OSC2端直接連10．24MHz晶體。工作時，需要對MT9172進行初始化操作。由單片機通過MT9172的CD口往控制寄存器寫入“00000000”或“00010000”即可。當控制字為全零時，選擇數(shù)據(jù)傳輸速率為80kbit/s(其中，64kbit／s用于傳輸數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE的數(shù)據(jù))，預(yù)擾碼，解擾器被屏蔽;當控制字為”00010000”時，數(shù)據(jù)傳輸速率為160kbit／s(其中，128kbit/s用于傳輸DTE數(shù)據(jù))。