AMBE-2000TM声码器在数字加密电话中的应用

现今使用的普通电话机无论是传统的脉冲、音频兼容电话机，还是ISDN数字电话机或基于VOIP技术的IP电话，在其通信线路上传播的都是明码的模拟信号或数字信号。非法窃听者只需把与电气性能相匹配的通信终端设备接入到合法的通信线路上，就能完整地截获通信信息。而数字加密电话与普通电话相比，在信号的传输环节又增加了一些功能单元(如A／D转换器、数据压缩单元、加密算法单元、调制解调器、解密算法单元、数据减压单元、D／A转换器等)，通过这些功能单元可将模拟形式的语音信息转化成数字形式的语音信息，经过数据压缩和数据加密后，再通过调制解调器加载到电话线上。由于加密算法具有扰乱和扩散功能，它能使被传输的语音信息转变成表面上看起来无规则、无意义的乱码信息，因此，让窃听者无法监听，从而实现信息安全和保密功能。

1 MBE算法和AMBE-2000TM简介

1.1 MBE算法介绍

一般语音编码算法可分为三类：波形编码、参数编码和混合编码。其中波形编码包括脉冲编码调制(PCM)、自适应差分编码(ADPCM)、增量调制编码等；参数编码包括线性预测编码(LPC)；而混合编码则包括码本激励线性预测编码(CELP)、时频插值编码(TFI)和多带激励编码(MBE)等。

MBE(Multiband Excitation Coding)算法是80年代由美国麻省理工学院(MIT—Massachusetts Institute of Technology)的D．W．Griffin博士提出的。MBE编码方案首先将一帧语音的频谱按基音各谐波频率分成若干个谐波段。再以若干个谐波段为一组进行分段，并分别对各段进行清／浊音(U／V)判决。因此，总的激励信号是由各带激励信号相加而构成的。对于浊音段而言。可用以基音P为周期的脉冲序列来作为激励信号：而对于清音段，则以白噪声作为激励信号。之后再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模型能够使合成语音谱与原语音谱在细致结构上很好地拟合，因此，在低比特率的情况下，其合成语音的音质依然能够保持较高的自然度。

1．2 AMBE-2000TM简介

在MIT开发了MBE编码器以后，美国数字语音系统公司DVSI(Digital Voice System Inc)继续对这个技术进行了开发，并在改进的多带激励(IMBE--Improved MBE)和先进的多带激励(AMBE--Advanced MBE)编码器商业化的过程中取得了很大的成功。1997年，由DVSI公司开发的3．6 kbps AMBE编码器的性能已与全速率(8kbps)VSELP北美数字蜂窝标准(IS-54)的性能相当。1998年。由DVSI公司开发的4 kbps AMBE编码器，其性能与ITU—T8 kbps CS—CELP标准的性能相当。

DVSI开发的AMBE-2000TM是一种高性能的多速率语音压缩编解码芯片，它采用MBE (AMBE)算法，其语音编解码速率可在2000～9600 bps之间以50 Bits的间隔设置。在芯片内部有相互独立的语音编码和解码通道。由于其编解码可同步进行，所以可完全支持全双工通信方式，并且所有的编解码操作都可在芯片内部完成．而不需要外扩的存储器。此外，它还具有FEC(前向纠错)、VAD(语音活动监视)和DTMF信号检测功能。AMBE-2000TM的这些特性使得它非常适合于数字语音通信、加密语音通信以及其它需要对语音进行数字处理的场合。

2 接口设计

2．1 声码器和语音编解码器的接口设计

语音接口一般是采用外置的A／D—D／A芯片，流入和流出的语音数据流格式应该匹配。也就是说，它们必须具有统一的格式(16位线性，8位A律，8位U律)。在笔者做设计的时候，首先考虑的是A/D—D／A芯片的选择、通道接口的选择以及语音和FEC速率等。其中。A／D—D／A芯片的选择对于设计出具有优良语音质量的系统是非常关键的。

从AMBE-2000TM的用户手册上可以看出，可以作为其外部A／D—D／A部分器件的。除了通用的16位线性器件、8位A律或U律编码器件外。还有一种特别的器件，那就是AD (美国模拟器件)公司的AD73311AR。AD73311AR芯片内部集成有16位A/D和D／A转换以及编解码功能，并具有3V和5V两种工作电压。AD73311AR采用全双工串行工作方式，且内置5个控制寄存器，可通过串口对其输入／输出增益、串口时钟速率、帧速率、参考电平等进行控制。另外，如果选用AD73311AR，则AMBE-2000TM对它的命令字发送是自动进行的。AMBE-2000与AD73311AR的连接方式如图1所示。



使用时，AD73311的SE(即串口使能)端必须接高电平，否则AD73311将没有SCLK串口时钟输出。复位后。AMBE-2000TM对AD73311的初始化是自动进行的。AMBE-2000TM依次发送Ox8113、Ox82f19、Ox8300及Ox8001。前面3个控制字用于设置AD73311的以下工作状态：

DMCLK(设备内部主时钟)-MCLK(外部主时钟)／2=8．046 MHz；

SCLK(串口时钟)=MCLK／16=1．024MHz；

Sample rate(采样频率)=MCLK/512=32 kHz。