【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 無法實(shí)現(xiàn)通話。通常，降低數(shù)碼率的語音編碼方法，叫語音壓縮編碼。壓縮編碼共分為兩大類：一類叫中速率壓縮編碼，－16kb/s范圍的語音編碼。其語音質(zhì)量較好，達(dá)到常用數(shù)字電話通信中等質(zhì)量要求，清晰度很高、自然度能達(dá)到基本要求，通信質(zhì)量有少許失真，且與語音特征有一定程度關(guān)系。諧波壓擴(kuò)ADPCM、子帶編碼、自適應(yīng)變換域編碼(ATC)、多脈沖預(yù)測(cè)編碼和矢量編碼等均屬于這一類。另一類叫低速率壓縮編碼，其數(shù)碼率從100b/。這種編碼技術(shù)又叫聲碼器技術(shù)，其語音質(zhì)量比前者差，尤其時(shí)自然度較差，較難從聲音辨認(rèn)出講話人聲音的特點(diǎn)；同時(shí)，它和語音特征有較大關(guān)系，不同人講話，其質(zhì)量不同。研究表明：語音編碼的極限壓縮率為80－100b/s。這是只能傳送句子內(nèi)容，講話人的音質(zhì)，情緒等信息就喪失了。廣泛應(yīng)用的早期聲碼器形式是通道聲碼器。發(fā)端對(duì)輸入語音進(jìn)行粗略的頻譜分析，而收端產(chǎn)生一信號(hào)，其頻譜與發(fā)端規(guī)定的頻譜相匹配。目前較常采用的是線性預(yù)測(cè)聲碼器，它們不僅語音質(zhì)量大為提高，同時(shí)數(shù)碼率也得到充分降低。發(fā)端包括兩個(gè)子系統(tǒng)：一個(gè)是線性預(yù)測(cè)編碼濾波器；另一個(gè)是提取基音和判決清濁音系統(tǒng)。由發(fā)端傳輸清濁音參數(shù)，在收端利用這些參數(shù)控制激勵(lì)源。和通道聲碼器一樣，收端激勵(lì)源或者產(chǎn)生隨機(jī)噪聲，或者產(chǎn)生基音周期脈沖序列，激勵(lì)幅度取決于輸入增益。然后通過合成恢復(fù)語音信號(hào)。也可以用語音激勵(lì)來取代基音提取和清濁音判決，構(gòu)成聲激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(VELP)聲碼器。多脈沖激勵(lì)聲碼器模型是用一串脈沖來代替LPC聲碼器中的周期脈沖和白噪聲序列。用于中速(－16kb/s)語音編碼得到了質(zhì)量很好的合成語音，其優(yōu)點(diǎn)之一是不必象LPC聲碼器那樣需要精確提取基音信息和清濁音判決信息。多脈沖激勵(lì)編碼要傳送脈沖位置和幅度信息，故編碼速率不能壓得太低。通常用于中速編碼，進(jìn)一步壓低比特率，一般要采用矢量量化(VQ)技術(shù)。2．AMBE2000聲碼器芯片的性能介紹（1）AMBE2000簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)采用的語音壓縮編碼芯片為Digital Voice Systems, Inc公司的AMBE2000語音編碼芯片。該芯片是一種靈活性好，高性能，低功耗的單片實(shí)時(shí)全雙工語音壓縮解壓芯片。它能在低速率下提供良好的語音質(zhì)量，并且提供實(shí)時(shí)，全雙向的標(biāo)準(zhǔn)AMBE語音壓縮算法。經(jīng)過證明該語音壓縮技術(shù)在性能上已經(jīng)超過了CELP，RELP，VSELP，MELP，ECELP，MPMLQ，LPC10和其它的一些壓縮技術(shù)。AMBE2000語音壓縮解壓芯片具有以下特點(diǎn)： 語音品質(zhì)優(yōu)良 低開銷 不需要外部存儲(chǔ)器 有效抑止比特誤碼和背景噪聲 － 低功耗AMBE2000語音編碼芯片在語音速率和前向糾錯(cuò)數(shù)據(jù)率的選擇上具有很高的靈活性。且具有FEC（前向糾錯(cuò)）、VAD（語音激活檢測(cè)）和DTMF（雙音多頻信號(hào)檢測(cè)）等功能。AMBE算法的低復(fù)雜度使得該算法可以集成到低功耗，低價(jià)格的集成電路中。 （2）AMBE2000與主機(jī)的接口AMBE2000與主機(jī)的接口有兩種模式：主動(dòng)模式和被動(dòng)模式。在主動(dòng)模式下，數(shù)據(jù)選通信號(hào)由AMBE2000聲碼器芯片內(nèi)部產(chǎn)生；而在被動(dòng)模式下，數(shù)據(jù)選通信號(hào)由外部提供。AMBE2000聲碼器與主機(jī)接口的數(shù)據(jù)格式分為兩種：一種是有格式，另一種是無格式。有格式形式在每20ms輸出一幀數(shù)據(jù)，每幀由24個(gè)16bit的字組成，總共為48字節(jié)或384位。同時(shí)解碼器接收到24個(gè)字。其中前12個(gè)16bit字組成頭，包括ID狀態(tài)和控制信息。格式字0固定為0x13EC；格式字1用于芯片功率控制；格式字2～6用于指定和表示芯片的壓縮數(shù)據(jù)率；格式字12～23為壓縮數(shù)據(jù)信息。根據(jù)數(shù)據(jù)率的不同，其數(shù)據(jù)位數(shù)也不相同。在信道上只傳輸格式字12～23。在大多數(shù)語音傳輸系統(tǒng)中，從編碼器輸出的語音幀系統(tǒng)頭信息被抽去，把真正的語音編碼數(shù)據(jù)送到傳輸信道，接收時(shí)，再把頭信息、控制信息和語音編碼信息進(jìn)行重新組合，然后再送給解碼器，這樣輸入解碼器的語音幀就和編碼器輸出的就一樣了。圖23為每20ms的有格式數(shù)據(jù)輸出包。每個(gè)數(shù)據(jù)包包含24個(gè)字，每個(gè)字16比特。圖23 AMBE2000有格式數(shù)據(jù)輸出的壓縮包格式第1個(gè)字的后8比特和第11個(gè)字，都是表示一些控制比特，具體意義見AMBE2000手冊(cè)說明。圖24為AMBE2000接收的數(shù)據(jù)包格式。圖24 AMBE2000有格式數(shù)據(jù)輸入的壓縮包格式（2）AMBE2000壓縮速率AMBE2000壓縮的語音數(shù)據(jù)速率是可以選擇的，－。可以通過兩種方式來選擇，一是在硬件設(shè)計(jì)中將AMBE2000的RATE_SEL0~RATE_SEL4的引腳接不同的電平，這樣在AMBE2000工作時(shí)會(huì)測(cè)試這些值，根據(jù)這些值設(shè)置為相應(yīng)的數(shù)據(jù)速率，具體如圖25所示。用戶也可以在工作過程中通過改變AMBE2000接收數(shù)據(jù)包中第2～5個(gè)字內(nèi)容，來修改AMBE2000的語音壓縮速率。具體見ABME2000數(shù)據(jù)手冊(cè)。SEL0SEL1SEL2SEL3SEL4Speech Rate(bps)FEC Rate(bps)Total　Rate(bps)00000240002400101002350501000036000360011010335025011110400004000011103750250110004800048001110045502500100036001200000103100170001010415022506400100104400280072000011077502508000101104650335000100960009600011004850475011111200002000000013600036001000140000400001101240016000100148000480000011400080011101360012001001124002400110016400064000101140002400110114400280072000010180000800000111400040001010196000960010111360060000111124007200圖25 AMBE2000的速率選擇引腳和壓縮速率的關(guān)系通過修改AMBE2000的引腳VAD_EN、ECHOCAN_EN和SLIP_EN的電平值也可以改變語音信號(hào)的壓縮性能。AMBE2000在啟動(dòng)過程中，會(huì)檢測(cè)這些引腳的值，來設(shè)置壓縮編碼的性能。同時(shí)用戶也可以在工作過程中通過改變AMBE2000接收數(shù)據(jù)包中第11個(gè)字（控制字2）的內(nèi)容，來完成上述的工作。具體見ABME2000數(shù)據(jù)手冊(cè)。2．AMBE2000聲碼器芯片的應(yīng)用（1）聲碼器和語音接口設(shè)計(jì)AMBE2000可以看作由兩個(gè)分立元件編碼器和解碼器組成。編碼器接收8KHz的語音采樣數(shù)據(jù)流（16位線性，8位A律，8位μ率），并且在給定速率下輸出通道數(shù)據(jù)流。解碼器接收通道數(shù)據(jù)流，然后合成語音數(shù)據(jù)流。AMBE2000編碼器和解碼器接口時(shí)序是完全異步的。語音接口是外置的A/DD/A芯片，流入和流出的語音數(shù)據(jù)流格式應(yīng)該匹配。也就是說，它們必須具有統(tǒng)一的格式。在我們做設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先考慮的就是A/DD/A芯片選擇、通道接口選擇、語音和FEC速率。本設(shè)計(jì)中所使用的是上個(gè)實(shí)驗(yàn)介紹的AD公司生產(chǎn)的AD73311。圖26為AMBE2000和AD73311的接口電路。其中CO_RX_DATA從AD73311接收待壓縮的語音數(shù)據(jù)，CO_TX_DATA將解壓縮后的語音數(shù)據(jù)交給AD73311完成D/A轉(zhuǎn)換。 圖26 AMBE2000和AD73311的接口電路（2）聲碼器和主機(jī)接口設(shè)計(jì)AMBE2000將AD73311的數(shù)據(jù)以20ms分段，每20ms將壓縮的數(shù)據(jù)輸出。壓縮和解壓的輸入和輸出數(shù)據(jù)可以有兩種選擇：有格式數(shù)據(jù)和無格式數(shù)據(jù)。AMBE2000可以工作于主動(dòng)方式和被動(dòng)方式。本實(shí)驗(yàn)箱采用了有格式數(shù)據(jù)和主動(dòng)方式，由AMBE2000產(chǎn)生壓縮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸叫盘?hào)。本設(shè)計(jì)中，使用了TI公司的C55X系列的DSP—TMS320VC5509作為主機(jī)和AMBE2000之間進(jìn)行通信。是利用了DSP的MCBSP0進(jìn)行串行通信。接口電路設(shè)計(jì)如圖27所示。圖27 AMBE2000和主機(jī)之間的接口電路 從上圖可以看出，AMBE2000工作于有格式的主動(dòng)模式，數(shù)據(jù)傳輸接口的時(shí)鐘由DSP提供，數(shù)據(jù)選通信號(hào)CH_TX_STRB由AMBE2000產(chǎn)生，傳輸給DSP的FSR0、FSX0以及AMBE2000自身的CH_RX_STRB。每隔20ms數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，EPR都會(huì)向DSP發(fā)送中斷，來通知DSP來讀取要傳輸?shù)恼Z音數(shù)據(jù)和發(fā)送接收的語音數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)一 語音模數(shù)轉(zhuǎn)換和壓縮編碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解模擬/數(shù)字,數(shù)字/模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程；2．通過觀測(cè)A/D、D/A波形，加深對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換的理解；3．了解語音信號(hào)壓縮的性質(zhì)和特點(diǎn)；4．熟悉語音信號(hào)壓縮的方法；5．了解AMBE2000完成語音壓縮和解壓實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)有三個(gè)內(nèi)容分別是：語音模數(shù)變換、語音壓縮編譯碼、語音編碼性能。1．語音模數(shù)變換： AD73311芯片完成語音模數(shù)變換，它的初始化由AMBE2000完成（速率有AMBE2000的885腳電平?jīng)Q定），本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中AD73311采樣率為32KHZ。模擬信號(hào)AD變換后發(fā)送給AMBE2000，數(shù)據(jù)在AMBE2000中自環(huán)后回送AD73311，再經(jīng)DA恢復(fù)成模擬信號(hào)。2．語音壓縮編譯碼：AMBE2000對(duì)AD送來的512Kb/S數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮后送入DSP，然后DSP自環(huán)回送至AMBE2000解壓，解壓數(shù)據(jù)經(jīng)DA后恢復(fù)成模擬信號(hào)。3．語音編碼性能：AMBE2000的壓縮率等性能是可設(shè)置的，壓縮率可通過SW601進(jìn)行設(shè)置，開關(guān)左邊5位設(shè)置的是“語音壓縮率與前向糾錯(cuò)率”，第6位設(shè)置“語音激活檢測(cè)”，第7位“回聲消除”，第8位“滑動(dòng)模式控制”。4．原理框圖三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1. 打開移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱電源，等待實(shí)驗(yàn)箱初始化完成。2. 先按下“菜單”鍵，再按下數(shù)字鍵“2”，選擇“二 語音變換”。3. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)按下相應(yīng)的數(shù)字鍵選擇子菜單中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)。4. 改變一次SW601的設(shè)置，按下AMBE2000的復(fù)位按鈕RST601，對(duì)AMBE2000進(jìn)行復(fù)位。四、模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)步驟1. 將K501撥到“SIN”， 將輸入的模擬信號(hào)設(shè)置為2kHZ的正弦信號(hào)，通過測(cè)試點(diǎn)TP501可以觀測(cè)到輸入給AD73311的模擬信號(hào)。調(diào)節(jié)面板上的W501，可以改變輸入信號(hào)的幅度；2. 通過測(cè)試點(diǎn)TP502觀測(cè)AD73311中A/D和D/A變換的時(shí)鐘輸出，為1024kHZ；3. 通過測(cè)試點(diǎn)TP503觀測(cè)AD73311中數(shù)字輸出和輸入的幀同步信號(hào)，頻率為32KHZ；4. 通過測(cè)試點(diǎn)TP504觀測(cè)AD73311的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字輸出信號(hào)；5. 通過測(cè)試點(diǎn)TP505觀測(cè)AD73311的D/A轉(zhuǎn)換前的數(shù)字輸入信號(hào)；6. 通過測(cè)試點(diǎn)TP506觀測(cè)AD73311完成D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)，可以通過調(diào)節(jié)面板上的W502改變輸出信號(hào)的幅度；7. 將K501撥到“MIC”， 將輸入的模擬信號(hào)設(shè)置為麥克風(fēng)輸入的語音信號(hào)，插入麥克風(fēng)和耳機(jī)，對(duì)著麥克風(fēng)說話，觀測(cè)TP50TP50TP505和TP506的信號(hào)變換，可以從耳機(jī)中聽到麥克風(fēng)的聲音。五、語音壓縮實(shí)驗(yàn)步驟1. 將K501撥到“SIN”， 將輸入的模擬信號(hào)設(shè)置為2kHZ的正弦信號(hào)，調(diào)節(jié)面板上的W501，改變輸入信號(hào)的幅度；2. 通過測(cè)試點(diǎn)TP601觀測(cè)AMBE2000的語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)；3．通過測(cè)試點(diǎn)TP602觀測(cè)AMBE2000的語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸叫盘?hào)；4．通過測(cè)試點(diǎn)TP603觀測(cè)AMBE2000發(fā)送的語音壓縮數(shù)據(jù)的波形；5．通過測(cè)試點(diǎn)TP604觀測(cè)AMBE2000接收的語音壓縮數(shù)據(jù)的波形；6．通過測(cè)試點(diǎn)TP506觀測(cè)AD73311完成D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)，并可以通過調(diào)節(jié)面板上的W502改變輸出信號(hào)的幅度；7．將K501撥到“MIC”， 將輸入的模擬信號(hào)設(shè)置為麥克風(fēng)輸入的語音信號(hào)，插入麥克風(fēng)和耳機(jī)，對(duì)著麥克風(fēng)說話，觀測(cè)TP60TP504和TP506的信號(hào)變換，可以從耳機(jī)中聽到麥克風(fēng)的聲音。六、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．語音變換各點(diǎn)波形測(cè)試；2．計(jì)算A/D的采樣率和數(shù)據(jù)速率；3．用數(shù)字示波器保存并觀察測(cè)試點(diǎn)TP603輸出的一幀壓縮數(shù)據(jù)，計(jì)算壓縮數(shù)據(jù)周期；4．分析一幀壓縮數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及每個(gè)字節(jié)的意義；5．撥動(dòng)SW601來設(shè)置AMBE2000的語音壓縮速率。如下所示：SW601RSEL0RSEL1RSEL2RSEL3RSEL4VADECHOSLIPONDIP12345678圖241 根據(jù)圖241來設(shè)置RSEL0~RSEL4的值，設(shè)置需要的語