一种基于AMBE2000的低速率语音通信系统

1.引言
语音信号处理是现代通信中不可或缺的组成部分，随着对通信质量要求的越来越高，我们需要用尽可能低的数码率来获得尽可能好的合成语音质量。从市场现状来看，低速语音的应用市场很广泛：语音系统，数字移动通信，保密通信，语音邮件，可视电话， IP电话，语音存储，电话会议，电话购物等很多场合都需要用到。
DVSI公司的 AMBE2000就是这样一种高性能、低功耗的实时语音编码解码芯片，它的压缩率在 2.0-9.6kbps范围内可以调节，并且，它本身具备 FEC（前向纠错） ,VAD（语音激活检测）和 DTMF信号检测功能。本次系统就是充分利用这款新品的优良特征，实现了在
14kbps左右的低传输速率下优良的语音效果。
2系统结构框图本语音传输系统结构框图如下图所示：

在本系统中，麦克风输入语音信号，经过语音模块进行放大。然后送到模数转换模块进行 AD转换，输出 PCM语音信号。再将此信号送给本次系统的核心器件AMBE2000，进行语音编码，输出压缩语音信号，送给 CPLD控制器，CPLD收到压缩语音数据后，将语音部分进行提取和处理。此时的语音数据便是 2.0k-9.6kbps的低速率语音数据，可以进行传输。由于AMBE2000可以编码也可以解码，所以本系统同样实现了语音的接收。前面编码部分发出的语音信息反馈回来，由 CPLD接受，并转化为 AMBE2000可以识别的格式，再由 AMBE2000进行解码，恢复成 PCM语音信号，送到模数转换模块进行 DA转换，输出模拟信号再经过语音模块进行功率放大送到扬声器。
3. 硬件设计 硬件是本次设计的核心，包括语音部分，模数转换模块，语音编码解码部分以及各个模
块的接口。
3.1 语音模块 本模块的作用是将麦克风微弱语音信号放大给AD，以及将从 DA中出来的语音信号播放出来。包括了从麦克风输入语音，以及语音从扬声器输出两部分。 语音输入部分电路如图 2所示，这里利用 LM386进行两级放大，采用的是单电源 3.3V供电。输出的信号送到 AD.

语音输出电路如图 3所示，该电路采用功率放大芯片TPA2005D1，进行语音放大。

3.2模数转换器以及其与 AMBE接口电路 本次采用的 AD，DA芯片是 PCM3500，这是一款带有 16位串行 AD和 DA的芯片，采样频率范围很宽，从 7.2kbps到 26kbps，并且它自带有回环自检测模式，便于电路功能自测。另外，这款芯片的配置简单，不需要复杂的配置就能有效工作。它与 AMBE2000接口部分电路如图 4所示。

这里，需要配置的只有主动被动模式选择端M/S，本电路采用主动模式。LOOP则是选择回环检测功能端口，当它为高电平的时候，相当于AD转化以后的输出DOUT接到DIN， PCM3500的此项功能为系统的测试带了很大便利。AMBE2000和 PCM3500的通信接口是 SPI口，BCK提供时钟，它是晶振 512分频后的时钟信号，FS为选通频率，与 BCK严格同步。

3.3 AMBE200部分以及与 CPLD接口

AMBE2000电路是整个设计的核心，除了与 PCM3500接口以外，其余部分的电路如图 5所示。从功能上看，主要可以分为以下四个部分：时钟部分，功能配置，功能模式选择模块，以及 SPI接口部分。
AMBE2000外接 16.384MHZ的晶振，芯片复位之后才能工作，复位时间至少为95ms。功能配置部分可以根据应用需要进行选择，包括回音消除，语音激活，滑动补偿等功能，使用起来比较灵活。功能模式选择部分，可以选择压缩数据率，在实际电路测量中，即使是最低
1.0kbps语音数据速率，也能获得很好的语音质量。Pin75，pin77（chann_sel）用来选择工作模式，一共有主动有帧，主动无帧，被动有帧，被动无帧四种模式。SPI接口则是需要CPLD配置的部分， CPLD提供时钟信号以后，压缩语音数据通过 SPI口传到CPLD，这时便可以收下数据进行反馈或者处理和传输。
2.软件设计

本系统软件配置相对比较容易。通过 CPLD提供时钟，用于编码解码以及压缩语音数据的传输。在主动有帧格式下，帧同步脉冲由 AMBE2000产生，与 CPLD输出的时钟信号严格同步；被动模式下，需要 CPLD提供帧同步信号。
各个功能选择端，根据需要，可以利用外围硬件配置，复位之后，也可以通过 CPLD进行软件配置。
5.结论
通过软件和硬件的配合使用，顺利实现了语音信号的编码解码和传输，在 2.0kbps的极低速率下，仍然得到了很好的语音效果。
本文作者创新点：
本文利用 DVSI公司的 AMBE2000，实现了低功耗，低传输速率下高语音质量的语音通信系统。本文基于实践，提供了较为详细的电路实现方案以及合理的功能配置 ,对于要求越来越高的语音传输系统，具有很高的实用价值。