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AMBE—2000在数字语音通信系统中的应用【摘要】本文介绍了AMBE算法和AMBE-2000编解码芯片以及它在数字语音通信系统中的使用，给出了一个应用AMBE-2000芯片实现无线数字语音通信的设计实例，详细说明了使用AMBE-2000芯片进行数字语音通信系统的软硬件实现方法。
【关键词】语音压缩编码;AMBE算法;AMBE-20001.引言在现代通信系统中，频率资源变得越来越宝贵，信道利用率成为一项关键因素，这促使各种信息的压缩编码技术不断发展。
对于数字语音通信系统，一般要求利用高效的语音压缩编码算法，实现语音数据的压缩编码与解码，以便在尽可能低的数码率下获得尽可能好的合成语音质量。
根据对语音构成的分析，应运而生了多种低速率的语音压缩编码算法，如CELP、RELP、VSELP、MELP、ECELP、MP-MLQ、LPC-10、AMBE等。
它们通过不同的算法，实现对语音信号的压缩。
这些压缩编码算法的压缩率、语音质量各有所长，其中美国DVSI（Digital V oice System Inc）公司提出的AMBE （Advanced Multi-Band Excitation）压缩编码算法是其中的杰出代表。
2.AMBE算法和AMBE-2000TM芯片简介2.1 AMBE算法介绍MBE（Multiband Excitation Coding）算法是80年代由美国麻省理工学院的D.W.Griffin博士提出的。
MBE编码算法首先将一帧语音的频谱按基音频率分成若干谐波频带，然后对各个频带的信号分别进行清/浊音（U/V）判决，并根据各带是清音还是浊音，分别用清音谱或周期序列信号谱作为激励，产生其合成信号，最后将各带信号相加，形成全带合成语音。
MBE模型比较符合实际语音的特性，能够使合成语音谱同原语音谱在细致结构上拟合得较好，所以其合成语音的质量具有较高的自然度。
AMBE是在MBE基础上的改进和补充，基本算法是先将输入的每帧160个数字话音取样，分成交迭的段，经模型分析后得出该帧的模型参数。
AMBE算法及其实现方式AMBEA算法及其实现方式在数字移动通信系统中, 语音编码部分是很重要的一个环节, 它的性能直接关系到整个移动通信系统的工作质量。
首先综述在以数字集群为代表的移动通信系统开发的背景下, 语音编码的概念、分类和发展情况, 并介绍目前世界上常见移动通信系统所用的语音编码方案, 从而明确语音编码算法的比较对象。
今天我就自己手头了解的一些知识对AMBE算法进行初步的概括：1.MBE算法的概念AMBE是基于MBE技术的低比特率、高质量的改进语音压缩算法, 该技术在低比特率压缩系统中能提供极优的语音质量, 却对指令执行速度和存储器容量的要求大大降低, 在背景噪声和信道误码方面也有极强的鲁棒性, 比基于线性预测编码的CELP、RELP、VESLP、LPC-10等要优越。
那么了解AMBE之前我们先来了解下MBE算法：MBE编码算法是用基音谐波处的谱抽样来表示短时谱，并且在谐波间隔频段上分别进行清/浊音判决。
合成端用一组正弦波合成谱,用噪声谱的傅立叶反变换来合成清音谱。
这种算法提出了一种由正弦模型引出的频域模型—多带激励模型。
MBE模型如图1所示。
首先按基音各谐波频率, 将一帧语音的频谱分成若干个谐波带,再以若干个谐波带为一组进行分带, 分别对各带进行清浊(V/U)判决, 总的激励信号由各带激励信号相加构成。
对于浊音带, 用以基音周期为周期的脉冲序列谱作为激励信号谱对于清音带, 则使用白噪声谱作为激励信号谱。
时变数字滤波器的作用是确定各谐波带的相对幅度和相位, 起到了将这种混合的激励信号谱映射成语音谱的作用。
这种模型使合成语音谱同原语音谱在细致结构上能够拟合得很好, 其合成端的语音质量必然较高。
2.AMBE算法实现形式2.1AMBE编码的基本方式AMBE 编码的基本方法为：首先将输入的每帧 160 个数字话音取样点分成交叠的段，经模型分析后得出该帧的模型参数。
编码器量化这些模型参数，加上纠错码，然后以4.8kbps 的数据流发送。
一种基于AMBE-2000的语音系统的设计与实现作者：陈媛来源：《现代电子技术》2010年第16期摘要:介绍一种基于AMBE-2000的高质量语音系统,该系统使用DVSI公司开发的AMBE-2000语音芯片,可以在低速率下保持声音自然,语音清晰,并且在选择语音速率和误码率上提供了很高的灵活性。
此外,它还具有低成本,低功耗等优点。
因此,该系统具有广泛的应用前景,可以应用于诸如安全通信、话音多路传输、卫星通信、多媒体应用、蜂窝电话等多种语音处理的场合。
关键词:AMBE-2000; 语音压缩; 编码/解码; 语音速率中图分类号:TN911-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)16-0205-03Design and Implementation of Voice System Based on AMBE-2000CHEN Yuan(No. 20th Research Institute, CETC, Xi’an 710068, China)Abstract: This article introduces a system with superior voice quality based on AMBE-2000.The system circuit makes use of AMBE-2000 voice chip (DVSI), and it maintains natural voice quality and speech intelligibility at low data rates and provides a high degree flexibility in selecting the speech and FEC(Forward Error Correction) data rates, furthermore it's a low cost ,low power circuit. The system has widely potential application in voice processing aspects, such as secure communication, voice multiplexing, satellite communication, multimedia application and cellular telephony. Keywords:AMBE-2000; speech compression; encode/decode; speech rate0 引言语音通信是数字通信系统中最常用的通信方式之一,优良的语音编解码算法能够更加有效地节省带宽资源,提高频率利用率。
基于AMBE算法的数字语音传输系统
作者：赵明
来源：《数字技术与应用》2010年第01期
摘要 :介绍了美国DVSI公司的高性能语音压缩解压缩芯片AMBE-1000,AMBE-1000采用AMBE语音压缩算法,具有语音音质好和编码波特率低、功耗低等优点。
MC14LC5480是一款通用单信道PCM编码/解码器。
该文设计了基于AMBE-1000和MC14LC5480的数字语音传输系统,能够实现全双工、实时的通信,具有低波特率下较高通话质量的优点。
关键词: AMBE算法编码/解码数字语音传输
中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)01-0000-00
0 引言
目前,语音处理系统中基于对语音构成的分析,产生了多种压缩编码算法。
其中,美国DVSI 公司的先进多带激励(ABME,Advanced Multi-Band Excitation)算法具有较大优势。
相比其他算法,它不仅码率低,同时在低波特率下能保持优良的语音合成的自然度效果,还具有良好的抗背景噪声能力。
如果加上FEC前向纠错编码,可对信道误码进行一定程度的纠错。
正因为AMBE语音压缩编码的这些优点,AMBE语音压缩编码方式在野战综合通信网、卫星网、移动通信网等专业网中得到了广泛的使用。
AMBE-1000是DVSI公司开发的基于AMBE算法的一种高性能的多速率语音编码/解码芯片,非常适合于数字语音通信及处理的场合。
本文基于AMBE-1000设计了一个语音压缩系统,
该系统具有设计简便、语音编码速率可变、音质良好、功耗小等优点,可应用于多种需要。
1 AMBE-1000的工作原理和模式
1.1 AMBE-1000的工作原理及特性
AMBE-1000是基于AMBE算法的语音编码/解码芯片,其语音编码/解码速率可以在
2400~9600bps之间以50bits的间隔变化。
在芯片内部有相互独立的语音编码和解码通道,可同时完成语音的编码和解码任务;并且所有的编码和解码操作都在芯片内部完成,不需要外扩的存储器。
AMBE-1000最基本的组成部分就是一个编码器和一个解码器,两者相互独立。
编码器接收8KHz采样的语音数据流(16bit线性,8bit A律,8bit u律)并以一定的速率输出信道数据。
相反,解码器接收信道数据并合成语音数据流。
编码器和解码器接口的时序是完全异步的。
AMBE-
1000采用A/D-D/A芯片作为语音信号的接口。
送往解码器用于控制的数据和语音数据是不同的。
输入输出的语音数据流的格式必须是相同的(16bit线性的,8bit A律,8bit u律),信道接口采用8位或16位的微控制器。
芯片可选择的功能包括回声抵消,VAD(语音激活检测),电源模式,数据/前向纠错率的选择等,这些功能由外围管脚或输入到解码器的命令帧来决定,值得注意的是,软件命令可覆盖硬件设置。
1.2 AMBE-1000的工作模式
通道接口:
通道接口用于描述从编码器输出的压缩比特流和输入到解码器的压缩比特流。
该接口也可输出状态信息,例如可以检测是否有双音多频的语音信号(DTMF)输入。
此外,该接口可对编解码器执行更复杂的控制操作(通常在初始化时)。
这些控制功能包括语音和纠错码速率的选择、
A/D-D/A芯片的设置。
在多数的语音传输系统中,实际编码比特流以一定格式从通道中摘录出来,并和系统信息合在一块构成系统传送数据流,通过传输通道发送,在接收端又被摘录出来,并通过解码器构成AMBE-1000所需格式的数据流。
通道接口流图如图2所示。
AMBE-1000有多种工作模式:并行和串行,有帧和无帧格式,主动和被动。
其中,并行被动帧模式是最灵活和实用的一种工作模式,本文设计方案采用的就是并行被动帧模式。
我们可以通过上拉电阻和拨位开关与相应的接口选择引脚相连,就可以选择相应的工作模式,我们还可通过类似的方法来选择语音和纠错码速率。
这样,只需设计相应的串行和并行接口,用户就可以根据预定的格式对数据进行处理。
AMBE-1000的数据在有帧格式下,每帧由17个16位字组成。
编码器每20ms输出17个字,同样解码器则要接收17个字。
当编码/解码的数据率低于9600bps时,不足的位补0。
需要注意的是,无论AMBE-1000工作在什么速率,所有272位(17字*16 bits=272 bits)的帧数据(包括任何未用的结尾零)都必须从编码器输出或输入解码器。
无帧格式只能用于串行模式。
当编码包就绪(EPR)信号变高时,表明有一编码的数据帧等待输出。
当CHP-RDN下沿信号到来时,8位并行数据就锁存到数据总线上,此时微控制器可以读取数据总线上的数据;并且根据CHP-RDN下沿信号依次读取34字节的一帧数据。
CHP-OBE则用来说明输出缓冲区是否有数据。
当CHP-RDN信号的脉冲间隔大于AMBE-1000工作时钟的350倍时,可以忽略CHP-OBE 信号。
当AMBE-1000工作在并行被动输入模式时,则微控制器可以根据DPE、CHP-WRN信号往AMBE-1000写数据。
在随后的20ms,微控制器应该准备读取该帧34字节数据。
时钟和复位:
AMBE-1000的输入时钟频率范围为26~30 MHz。
它有三种输入方式:一、TTL时钟源直接输入;二、CMOS时钟源或振荡器直接输入;三、采用晶体振荡电路输入。
有效的复位信号应该是低电平,并且须持续最少6时钟周期。
2 AMBE-1000的A/D-D/A接口
模拟语音信号与AMBE-1000芯片之间要通过A/D-D/A芯片来连接。
A/D-D/A芯片的选择要慎重,最好要选16位线性的器件。
另外也要考虑这些器件的信噪比和滤波特性。
MC14LC5480是MOTORORA公司推出的一款通用单信道PCM编码解码滤波器。
它有一个输入运算放大器,运算放大器的输出输入到编码器。
解码器接收到PCM数据后使用一个差分D/A转换器加以扩展。
D/A的输出是3400Hz以下的低通滤波输出,信号再由有源R-C滤波器滤波以消除开关电容滤波器的能带输出。
AMBE-1000在使用时与任一A/D或D/A接口的语音采样率都是8KHz,这8KHz的语音数据通过串口来输入输出。
串口的控制信号可以完全由使用者来设定。
最灵活的办法就是向解码器输入一帧ID=0x03H的命令帧来设置这些控制信号,使用者可以对SIOC进行全部的配置。
为了简化A/D-D/A芯片的配置,一组预设的配置值可以通过管脚C_SEL[2~0]来配置。
这些预设的配置值,指明了接口的方向以及可编程器件的程序字的顺序。
AMBE-1000的A/D-D/A接口电路如图3所示。
3 系统分析
考虑到系统语音信号要有足够大的增益,需要加上必要的高性能放大器芯片,采用了
AD8542。
系统的结构框图如图4所示。
图4 系统结构框图
系统上电后,微控制器AT89C51复位,MC14LC5480进行语音的A/D-D/A转换和PCM编解码,AMBE-1000负责压缩编解码过程。
AMBE-1000每完成一帧语音数据的编解码运算,与
AT89C51交换一次数据。
而AT89C51通过串行或并行接口与别的节点交换数据,从而完成数字化语音的通信过程。
而软件编程主要是对AT89C51进行编程。
在电路设计时,尤其注意模拟地与数字地的分开,模拟信号和数字信号的隔离,以避免背景噪声和相互干扰。
4 结语
目前,语音通信的应用极广泛,对传输质量和流量提出了越来越高的要求。
本文介绍的由AMBE-1000构成的语音传输系统,不但满足了较低流量下具有良好的通话质量的要求,同时也具有低成本、低功耗的优点,在诸多场合下具有较大的应用前景。
参考文献
[1] MC14LC5480 PCM CODECD Datasheet.1999.
[2] 刘运毅,陈俊江,覃团发.AMBE-1000声码器在语音通信系统中的应用[M].电子技术应用.2002,8:64～66.。
