新型语音压缩编解码器AMBE2000
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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。
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