MC2718 PCM调试问题分析与总结
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中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲ 本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 1MC2718PCM调试问题分析与总结
<2011年元月> 【摘要】 本文主要以分析一般的PCM格式为基础,讲解以高通QSC6085为处理器的模块MC2718硬件PCM调试过程,同时涉及外围PCM CODEC器件(如:LM49350)PCM相关配置置以及对PCM调试做一个全面的总结。 【关键词】 PCM
一、 问题的提出 MC2718是一款CDMA Mini-PCI-EXPRESS卡,前期主要应用在WINDOWS系统的笔记本上,其语音可以通过虚拟出来的USB Voice端口送给PC解码,借助于笔记上的耳机和mic实现语音通话;而现在出现了以Android系统的平板电脑,以3G无线视频监控和语音通信的终端,这些产品对模块的PCM硬件语音提出了要求。模块直接输出或接收PCM语音信号,通过终端的CODEC进行AD和PA即可实现语音通话,减少了USB Voice语音通道的驱动开发。在设计调试中遇到了一系列的问题,这些问题的分析和解决有助于后期产品设计和开发,对后期设计更多更好的产品具有一定的指导意义。
二、 PCM格式简介
PCM就是脉冲编码调制,对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程,PCM如果采用均匀量化则称为线性量化,如果采用非均匀选取量化间隔量化,称为非线性量化方法,非线性量化是为解决均匀量化时小信号量化误差大,音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法,即量化特性在小信号时分层密,量化间隔小,而在大信号时分层疏,量化间隔大。非均匀量化过程采用了压缩的手段,一般为a率和u率压缩方式。它们使用的是两种对数形式的压缩特性。
1. 介绍a率和u率压缩过程 在非线性量化中,采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系:一种称为µ律压扩算法;一种成为A律压扩算法。
1.1 µ律压扩 G.711标准建议的µ律压扩主要用在北美和日本等地区的数字电话通信中,按下面的式子(归一化)确定量化输入和输出的关系:
式中:x为输入信号幅度,规格化成 -1≤ x ≤ 1; sgn(x)为x的极性,x<0时为-1,否则为1; 中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲ 本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 2 µ为确定压缩量的参数,它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比,取100≤µ≤ 500,现在多取µ=255。 由于µ律压扩的输入和输出关系是对数关系,所以这种编码又称为对数PCM。具体计算时,用µ=255,可以把对数曲线变成8条折线以简化计算过程。
1.2 A律压扩 G.711标准建议的A律压扩主要用在中国大陆和欧洲等地区的数字电话通信中,按下面的式子确定量化输入和输出的关系:
式中:x为输入信号幅度,规格化成 -1 ≤ x ≤ 1; sgn(x)为x的极性,x<0时为-1,否则为1; A为确定压缩量的参数,它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比,通常取A=87.6。 A律压扩的前一部分是线性的,其余部分与µ律压扩相同。A律压扩具有与µ律压扩相同的基本性能(在大信号区信噪比高于µ律量化器,但在小信号区不如µ律量化器)和实现方面的优点,尤其是还可以用直线段很好地近似,以便于直接压扩或数字压扩,并易于与线性编码格式相互转换。具体计算时,A=87.56,为简化计算,同样把对数曲线部分变成13条折线。
对于采样频率为8 kHz,样本精度为13比特、14比特或者16比特的输入信号,使用µ率压扩编码或者使用A率压扩编码,经过PCM编码器之后每个样本的精度为8比特,输出的数据率为64 kbps。这个数据就是CCITT推荐的G.711标准:话音频率脉冲编码调制(Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies)。通常的听觉主观感觉认为8位压扩量化有不低于12位均匀量化A/D的信噪比及动态范围。 中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲
本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 32. 硬件说明: 信号名称 定义 PCM_CKL PCM主时钟,由Master PCM设备提供,数据在其下降沿取样。 PCM_SYNC 同步信号,其频率即为采样率,标志着数据位的开始和结束。 PCM_Data_Out PCM数据输出。 PCM_Data_In PCM数据输入。
3.PCM信号分为长帧同步和短帧同步: 主要区别在于同步信号与数据信号之间的关系。短帧同步一般为一个clock,在同步信号结束后才开始PCM的数据信号;长帧同步信号则在信号的上升沿作为数据信号的起始位,在同步信号的下降沿作为数据位结束的标志,具体如下图示意。
一个PCM同步信号中包含多个时隙,每个时隙都可以传送PCM数据信号,采用多时隙的目的是为了用一组PCM总线传输给不同的PCM从设备多路语音信号。
另外,PCM的左右声道实际上是在同一个时隙中传输,一般把高8bit定位左声道,把低8bit定为右声道。
三、 MC2718与外部CODEC的调试及总结
1. MC2718 PCM特征 作为语音通信模块的MC2718在整个系统中实际上是用作主PCM设备,时钟信号和同步信号均由它产生,1、对于压缩格式,可以输出或输入8bit u率压缩格式,时钟为2.048Mhz,同步信号8K;2、而对于线
性格式,仅支持输出14bit数据 输入13bit数据;或者输入14bit数据 输出13bit数据,时钟为2.048Mhz,同步信号8K(输出和输入不能位数不相等与高通的AUDIO DSP有关系,已经向高通求证过此问题)。
2. MC2718与开发板上CODEC TLV320AIC1106联调 TLV320AIC1106 是TI公司的一款PCM CODEC IC,支持8bit u率压缩格式,同时支持线性16bit
(13bit是数据位,后三位为pad位,作为CODEC的增益调节,一般这3位都补O),其时钟为2.048Mhz,同步信号8K,短帧同步模式,这两种格式通过IC的第13脚LINSEL来选择,拉高支持压缩格式,拉低支持线性格式。 所以根据QSC6085和TLV320AIC1106特征,我们只能选用第一种PCM格式在第一个时隙内进行语音交互。 中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲ 本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 4时序图:
信号线上的波形图: 同步信号与时钟关系:
同步信号与QSC6085输出数据信号关系 中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲
本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 5 输出时钟与QSC6085输出数据信号关系 同步信号与QSC6085输入数据信号关系 中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲
本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 6 软件PCM的基本配置: PCM信号格式的详细配置: 3. MC2718与客户的CODEC LM49350联调 LM49350是National Semiconductor公司的一款CODEC IC,它既可以支持I2S输出,也可以支持PCM编解码输入输出,其配置非常灵活,即可配置为线性,也可配置为U率或A率,线性输入输出从8bit到24bit都可以单独配置,由于客户前期与HW公司WCDMA调试过线性PCM语音,所以我们QSC6085尽可能采用线性配置通讯。
配置如下: QSC6085配置:输出14bit数据 输入13bit数据,时钟输出为2.048Mhz,同步信号8K,在第一个时隙内数据传送。 对QSC6085软件设置: PCM基本配置不变。 PCM格式详细配置如下: 中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲ 本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 7 LM49350配置:输出13bit数据 输入14bit数据,接收时钟输出为2.048Mhz,同步信号8K
对LM49350软件配置:需要修改内核CODEC驱动的寄存器设置。值如下: 0x54寄存器值为:0x2c ;0x55 寄存器值为:0x02 时序图 QSC6085输出(LM49350输入)
QSC6085输入(LM49350输出) 信号线上的波形图: 中兴移动研发质量意识之总结案例 内部公开▲
本文中的所有信息均为中兴移动通信有限公司内部信息,不得向外传播。 8QSC6085输出(LM49350输入)
QSC6085输入(LM49350输出) 四、 调试总结: 调试前要清楚谁是主PCM,谁是从PCM;各自能发送或接收什么样的PCM格式(其中包括主时钟频率、同步信号频率、需要几个时隙传送、选择在那个时隙给谁传送数据、采用短帧同步还是长帧同步、a-law/u-law还是线性),采用几位数据等等。如果主PCM设备和从PCM设备PCM有具有以匹配特征,才可以确认可以进行PCM通讯。 因此,在MC2718模块和开发板上只能选择u-law 8bit PCM通讯,也是分析QSC6085与开发板上所使