新型声码器CMX638及其应用设计

3．2 数据帧格式
CMX638编码后输出的数据帧格式较简单，无帧头和其他控制标志信息，直接输出有效数据。当压缩速率为2 050b／s时，每隔20 ms产生一帧数据，有效数据位为41 bit，占用6字节，主机必须以字节为单位与CMX638交换数据，所以应该输入／输出6字节，其中最高字节先进先出，7个无效比特位不影响编解码。当压缩速率为2 400 b／s时，其工作原理与2 050 b／s压缩速率相同，有效数据为48 bit，恰好占用6字节，无无效比特位。当压缩速率为2 750 b／s，有效数据为55bit，占用7字节，1个无效比特位，必须输入／输出7字节。当压缩速率为3 600 b／s，带FEC功能，每隔60 ms产生包括3帧的数据包，有效数据为216 bit，采用硬比特格式，占用27字节。而采用软比特格式时，则占用108字节。
3．3 主机与片外CODEC接口
主机通过C-BUS串行接口与CMX638交换数据。写操作时，CSN为低，先写入要访问的寄存器地址，再写入有效数据，以字节为单位，结束时CSN拉高；读操作时，先写入地址，接着读取数据。在CLK上升沿采样，最大时钟频率为5 MHz；每两次CSN操作应至少相隔1μs。
当CMX638选用外部CODEC时，利用SSP接口与外部CODEC交换数据。当STRB同步脉冲到达，如果是写操作，SDI输入16 bit数据；如果是读操作，SDO输出16 bit数据。SCLK的最大时钟频率为6.6 MHz，时钟沿采样输入数据方式取决于内部寄存器EXCODECCONT($0B)。

4 应用电路
4．1 CMX638采集电路设计
图4是基于CMX638的语音采样、压缩、解压缩的应用电路，采集麦克风的语音信号，直接压缩；再解压缩恢复源语音信号输出到喇叭。CMX638使用片内的语音CODEC，可直接采集模拟信号。输入／输出通道分别有两个可编程增益放大器，通过配置寄存器AIG($05)和AOG($06)确定其增益。当输入/输出增益较大时，可能出现噪声，但这些噪声被片内数字低通滤波器滤除。信号的输入/输出端无需接放大电路和滤波电路，提高信噪比。

麦克风和喇叭的输入/输出采用差分接法，提高抗干扰性能。晶体振荡器频率为12 MHz，对应的XTALSEL[3：1]引脚输入值为“010”，引脚ENABXTAL输入高电平。由于选用片内语音CODEC，引脚CSEL输入高电平，则与片外语音CODEC通信的数字接口SDI，SDO，SCLK，STRB必须全部接地。引脚EEC和FEC是输出端口，可以悬空。C-BUS接口与微控制器对应相接，CLK时钟频率为1 MHz，通过C-BUS接口先配置内部寄存器，确定其工作方式。在编码正常工作状态下，微控制器根据SYNC端口与CMX638同步，通过IRQN接收中断信号，读取压缩的数据帧并存储为后级处理；在解码过程中，微控制器向CMX638送入数据帧解码，恢复源语音信号。
4．2 CMX638与PCM3500接口电路设计
CMX638使用灵活，当选用片外语音CODEC时，其典型应用是与PCM3500配合使用，图5为应用电路。PCM3500是Burr-Brown公司开发的16位低功耗A／D和D／A转换器，系统晶体振荡器时钟频率为4.096 MHz，采样率为8 kHz。端口BCK时钟频率为128 kHz。MS端输入高电平为主动工作模式，FS主动输出同步信号，BCK输出时钟信号。引脚TSC输入低电平，控制时隙操作模式，当同时使用多片PCM3500时才使能该功能，对应的FSO为输出口，可悬空。引脚LOOP使能A／D转换器与D／A转换器循环连接。HPFD输入高电平，取消高通滤波器，可滤除输入的直流分量。麦克风和喇叭采用单端输入/输出方式，输入端接增益为22的放大电路和直流偏置电路，输出端接上低通滤波器，提高信噪比。数字接口与CMX638的SPI接口对应连接，实现数据交换。
由于CMX638选用片外的语音CODEC，端口CSEL应输入低电平，利用REC连接PCM3500的PDWN端口，对其复位；模拟输入／输出端需要增加相应的放大和滤波电路。微控制器配置内部寄存器EXCODECCONT($0B)可使CMX638与PCM3500的通信接口工作方式相对应，如图5所示。该电路同样实现麦克风的语音信号的采集，直接压缩；再解压缩恢复源信号输出到喇叭。图4和图5都可以灵活应用于话音记录仪，语音通信系统，数字链路等领域。

5 结语
随着数字语音通信的高速发展，要求在极低传输速率中保持高质量语音信号。改进编码速率低于4 Kb／s的压缩算法无疑成为当前研究热点。作为最有潜力的波形内插语音编码算法，其今后研究重点为与其他低速率语音编码技术更合理相互补充；特征波形提取和对齐问题。CMX638采用鲁棒的先进低复杂性波形插入技术的语音编解码算法，在低速率下保持长话级的语音质量，不但节约存储资源，而且能够减小对通信带宽的要求。声码器CMX638集成了A／D和D／A转换器，可直接处理模拟信号，使用灵活，具有广阔的应用前景。