用AMBE-1000實現(xiàn)的語音分組技術
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1 概述
隨著信息技術的不斷發(fā)展和完善，信息的快速傳遞在生產(chǎn)和生活中顯得越來越重要。在各種信息傳遞方式中，語音的互通占據(jù)著重要的位置。最為大家熟知的是以PCM編碼方式傳送語音的普通電話業(yè)務，實時性強、語音質(zhì)量高，占據(jù)著語音通話業(yè)務的主體。但近年來隨著IP電話的普及和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，另一種語音處理技術越來越為人們所熟悉，那就是語音分組技術。語音分組是指將語音信號轉化為一定長度和速率的數(shù)字化語音包，采用存儲轉發(fā)的方法并以包的形式進行交換和傳輸。它隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，尤其是IP電話的普及而得到越來越多應用。但由于互聯(lián)網(wǎng)不能對傳輸帶寬提供保證，因此，語音包在其傳輸過程中就會產(chǎn)生延遲、抖動、包丟失等影響語音質(zhì)量的因素。直到近年來由于低速率編解碼算法的出現(xiàn)和軟硬件性能的提高，人們才注意到分組語音技術的商業(yè)價值，并投入開發(fā)力量。
早期分組語音技術的應用大都采用軟件實現(xiàn)。近年來，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，硬件價格大幅度下降，從而出現(xiàn)了許多用硬件實現(xiàn)分組語音的產(chǎn)品。硬件具有對數(shù)據(jù)處理速度快，可處理大量數(shù)據(jù)的特點，所以使用硬件實現(xiàn)分組語音可以很好地處理延遲、抖動、回聲抑制等問題，從而得到良好的音質(zhì)。采用硬件實現(xiàn)分組語音的另一個優(yōu)點是：在一個硬件電路中可以實現(xiàn)多種壓縮標準的分組語音，能很靈活地適應不同網(wǎng)絡環(huán)境下的多個語音終端的互通。
本文著重介紹采用一種專用的DSP芯片AMBE-1000實現(xiàn)語音分組的方法，并用這種方法實現(xiàn)了鐵路站場中的信號作業(yè)電話。由此可以看出，分組語音技術在一些專門領域應用的廣闊空間。
2 AMBE-1000簡介
AMBE-1000是Digital Voice Systems公司的語音編解碼芯片，用來實現(xiàn)雙工的語音壓縮/解壓縮功能，能實現(xiàn)低傳輸速率下高質(zhì)量的通話。它采用先進的AMBE壓縮算法，壓縮速率最低可達2.4Kb/s目前，這種算法以其能實現(xiàn)的低傳輸速率和高通話質(zhì)量而在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用，甚至用在下一代移動通信系統(tǒng)中。具體來說，AMBE-1000具有如下獨特之處：
*低硬件成本和高通話質(zhì)量；
*無需外圍輔助設備；
*比特差錯和背景噪聲良好的魯棒性；
*可變傳輸速率2.4Kb/s～9.6Kb/s；
*可自動插入舒適噪聲；
*可選的串行和并行接口；
*自帶回聲抑制功能；
*DTMF信號的檢測與產(chǎn)生；
*低功耗。
我們用這個芯片實現(xiàn)語音的分組化。最基本的應用可由圖1表示。
在實際應用中，語音壓縮數(shù)據(jù)要在信道中傳輸，須加入信道接口，完成對語音壓縮數(shù)據(jù)的加工、打包。最常用的接口一般可用單片機來實現(xiàn)。AMBE-1000的設計也使它很容易和單片機交換數(shù)據(jù)。AMBE-1000和單片機之間的數(shù)據(jù)接口有串行接口和并行接口，通信方式是主動方式還是被動方式，取決于可采集數(shù)據(jù)的信號是否由AMBE自身全部給出。我們采用并行數(shù)據(jù)線接口，AMBE-1000設為被動工作方式。此時當其RX_DI端輸入8kHz取樣的語音數(shù)據(jù)（16位線性編碼，8位A率或8位U率編碼）時，在其數(shù)據(jù)線上會得到周期性的壓縮語音數(shù)據(jù)（周期20ms，長度6字節(jié)，可達到2.4Kb/s的傳輸速率）。其控制線和數(shù)據(jù)線時序關系如圖2所示。
LOOP：JNB EPR，$
READ：MOV R0，#34
MOV R1，#30H
LL：MOVXA，@DPTR（DPTR：AMBE的地址）
MOV @R1，，A
INC R1
JB OBE，$
DJNZ R0，LL
SJMP LOOP
AMBE-1000作為解碼器的寫時序與讀時序類似，可根據(jù)DPE（Decoder Packet Ready）和IBF（Input Buffer Full）信號編寫相應程序。
從AMBE-1000輸出的語音數(shù)據(jù)有固定的幀格式，每一幀有34字節(jié)數(shù)據(jù)，除去幀頭，有24字節(jié)語音數(shù)據(jù)。在20ms周期內(nèi)，若24字節(jié)數(shù)據(jù)全部被填滿，則其傳輸速率為9.6Kb/s。若設傳輸速率為2.4Kb/s，則24字節(jié)語音數(shù)據(jù)格式中只有6字節(jié)語音數(shù)據(jù)，其余被0填充。我們用這6字節(jié)數(shù)據(jù)作為一帖，再加上幀頭（包括同步碼、地址碼、類型碼、校驗碼等），便可實現(xiàn)分組語音。
3 應用實例
AMBE-1000讀寫一幀數(shù)據(jù)所需的時間遠小于20ms。也就是說在20ms時間內(nèi)，除了讀1幀或?qū)?幀數(shù)據(jù)外，處理器還有大量的時間做其它的事。這使人們有可能在半雙工的低速信道內(nèi)實現(xiàn)全雙工的語音通話。圖3為以AMBE-1000為核心實現(xiàn)的鐵路站場信號作業(yè)電話示意圖。
圖3中，用戶線接口及PSTN接口均以AMBE為核心。每一個終端可通過總線的PSTN接口接入PSTN電話網(wǎng)；各個電話終端可通過總線互通，但每一時刻只能有一個終端接入PSTN。終端的硬件構成如圖4所示。
由電話接口完成用戶話機模擬信號的二、四線轉換；由編解碼器完成對模擬語音信號的數(shù)字化，并進行A率（U率）PCM編碼；由AMBE-1000對PCM語音信號壓縮并分組，實現(xiàn)分組語音；由單片機對分組語音進行打包，最后送入485總線進行傳輸。由于是多個終端，在軟件中需引入令牌機制，以防止沖突。軟件工作流程如圖5所示。
結語
就功能來說，AMBE-1000是一款優(yōu)秀的語音壓縮處理器；就其能達到的最低壓縮速率來看，已達到了世界先進水平，而且能夠保證高質(zhì)量的通話質(zhì)量。這使得它在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用；但其壓縮算法為非標準算法，致使由AMBE-1000構成的語音處理系統(tǒng)只能用在某些專用網(wǎng)上。即使如此，它仍不失為在語音處理領域一款優(yōu)秀的處理器。
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