按G.723标准设计的数字录音系统

随着数字化技术的迅速发展，语音信号数字处理技术的不断成熟[1]，可编程器件和功能强大的数字信号处理器（DSP）的广泛应用，传统的模拟音像设备大量地被各种数字设备所代替。然而，便携式的录音设备仍以各种模拟媒质为主，如常用的磁带录音机。如果要将其录音以数字形式的数据保存，则应将其模拟录音信号变换成数字形式的数据，这就给原始数据的保存带来诸多不便。因此，笔者按G.723标准设计了一种数字录音机，它以ADSP-2181作为语音处理器和系统控制器，取消了普通录音机的机械部分和磁带，以大容量的闪速存储器(Flash RAM)作为数字语音数据存储器。该样机体积很小，录音时间长，没有机械噪声及机械故障，很有实用价值。

　　1 G.723标准简介和系统结构框图
　　1.1 G.723标准简介
　　G.723是ITU-T在1996年制订成型的一种多媒体语音编解码标准。其典型应用包括IP电话服务、H.324视频电话、无线电话、数字卫星系统、数电倍增设备(DCME)、公共交换电话网（PSTN）、ISDN及各种多媒体语音信息产品。G.723标准传输码率有5.3kb/s和6.3kb/s两种，在编程过程中可随时切换。该标准主要包含了编码算法和解码算法。原理是：从采集的语音信号中解析出声道模型参数，构造一个合成滤波器，采用合适的激励源激励，编码传输的参数主要是激励源与合成滤波器的参数。5.3kb/s的编码器采用代数码线预测激励（ACELP）；6.3kb/s的编码器则采用多脉冲最大似然量化(MP-MLQ)激励。根据传输编码参数，可重构激励源与合成滤波器进行解码，还原出来的数字语音信号经D/A转换器转换成模拟语音信号。关于G.723的编码和解码的详细说明见参考文献[2]。

　G.723算法对语音信号有很好的编解码效果，同时也可处理音乐和其它声音信号，典型输入是64kb/s（8k%26;#215;8）或128kb/s(8k%26;#215;16)的A律或μ律的PCM采样语音信号。每次处理一帧语音信号，每帧240个采样点（30ms）。在5.3kb/s的码率下，每帧语音被压缩成20个字节传输；在6.3kb/s的码率下，每帧语音被压缩成24个字节传输。
　　1.2 数字录音系统的结构框图
　　系统框图主要由图1所示的五部分组成。


　　AD73311用来进行A/D和D/A转换，它集成了模/数和数/模转换功能，而且可编程控制，使用极其方便；ADSP-2181为系统的核心数字处理器[3]，时钟频率为33MHz，其功能强大；KM29N32000为闪速存储器（Flash RAM），用来存储已压缩的语音数据；AT27C010（EPROM）用来存放控制ADSP-2181工作的程序；LCD用来显示系统当前的工作状态。 系统的工作流程是：模拟语音信号经AD73311采样并经A律或μ律压缩后转换成PCM数据，通过ADSP-2181的串行口送到ADSP-2181，ADSP-2181再将数据进行编码和压缩后送到闪速存储器KM29N32000中存储起来；录音回放时，从KM29N32000读取压缩数据，送回ADSP-2181进行解码，再送到AD73311进行D/A转换，输出模拟语音信号。整个过程都是由存放在AT27C010中的DSP程序控制，有条不絮地工作。LCD显示系统当前的工作状态。
　　2 系统各主要部分的原理与接口
　　2.1 AD73311与ADSP-2181的接口电路及编程控制
　　2.1.1 AD73311与ADSP-2181的接口电路
　　AD73311具有A/D和D/A转换功能，采样频率为8kHz～64kHz，可以编程控制，采样字长为16位。AD73311具有大信噪比、输入输出增益可编程控制、低工作电压(2.7～5.5V),并且一片两用的特点，是一种很受欢迎的芯片。AD73311与ADSP-2181的接口电路如图2所示。 AD73311完成模拟语音信号的采集和数字语音信号的回放工作。从图2中看出，信号从VIN处输入，在VOUT处输出回放语音信号。VIN处接麦克风，VOUT处接扬声器。与ADSP-2181的通信通过串口进行，从SDO引脚向ADSP-2181输出数据，从SDI引脚接收ADSP-2181数据，发送和接收可同时进行。时钟信号由ADSP-2181的SLCK引脚接入。 编程时必须先初始化AD73311的工作状态，依次设定采样率、输入输出增益、提前时间等，再让其工作在数据传输模式下就可正常工作。AD73311进入数据传输模式后一直进行A/D或D/A转换。在编程控制中，应让ADSP-2181的串口一直工作在接收中断方式，这样可使数据发送与接收的速率保持一致。要改变工作模式可将其RESET引脚置低，再置高，这样就可重新设定了。
　　2.1.2 AD73311的编程

　　
　　AD73311是一种可编程的数据转换器，内含五个8位控制寄存器CRA～CRE,用于设定工作状态，控制输入输出。AD73311通过串行口与处理器接口，传送的是16位数据，有五种工作模式，分别为：程序模式、数据模式、混合模式、模拟环路模式、数字环路模式。其中前三种是正常的工作模式，后两种是调试模式，仅在调试时使用。五种工作模式由内部的控制寄存器A中的四位（CRA0～3）控制。
　　程序模式：AD73311启动或重置后即工作于程序模式，此时AD73311串行口输入的数据将作为命令字以初始化内部控制寄存器组，之后AD73311根据初始化命令字进入相应的工作模式，在此之前AD73311串行口输出的码字是无效的。 数据模式：此时AD73311串行口输出的是A/D转换的16位数据，输入的是D/A转换的16位数据。AD73311一旦进入数据模式，就不能再得到控制信息，所以就永远处于这一模式，除非重启动。这时硬件上可采用发送接收帧同步信号同步方式。 混合模式：此时16位码字可能是控制字，也可能是数据。码字的最高位MSB用来标识这个码字是控制命令字(MSB=1)还是数据（MSB=0，低15位是有效数据）。在混合模式下，ADSP-2181可以根据系统的运行状况适时改变AD73311的工作参数，如放大器的放大倍数等。这时硬件上可采用发送接收帧同步信号异步方式，便于ADSP-2181的自主控制。
　　AD73311控制采样率由时钟分频电路完成。时钟分频电路将从DMCLK引脚输入的外部时钟频率MCLK通过主频时钟因子分频为内部时钟频率DMCLK，MCLK有五种频率选择，由内部控制寄存器B中的CRB4～6三位控制。DMCLK决定了AD73311的采样频率，它也是AD73311串行口的帧同步频率。DMCLK再经串行时钟分频因子分频为串行时钟频率SCLK，DMCLK有四种选择，由内部控制寄存器B中的GRG2～3两位控制。