一种基于AMBE2000的低速率语音通信系统

了低功耗，低传输速率下高语音质量的语音通信系统。 本文基
于实践，提供了较为详细的电路实现方案以及合理的功能配置,
对于要求越来越高的语音传输系统，具有很高的实用价值。
参考文献
[1]AMBE -20x0TM Vocoder Chip User’s Manual Version 4.8, 2007 [2] 边会坤，苗杰光，郑喜凤，丁铁夫．AMBE-2000TM 声码器芯片 在语音通信系统中的应用．微计算机信息．2005，11-1：169-170 [3]王金明．基于 AMBE-2000 的多速率语音通信终端模块．通信 与电视．2004-1 [4]夏闻宇．从算法到硬件电路设计实现.北京航空航天大学出 版社
通讯地址：（100029 北 京 朝 阳区 北 土 城西 路 3 号 中国 科 学 院微
电子所 A513） 龚小燕
( 收 稿 日 期 ：2008.01.03)( 修 稿 日 期 ：2009.02.05)
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（250100 济南 山东大学物理与微电子学院） 龚小燕 王卿璞
（100029 北京中国科学院微电子研究所）龚小燕 牟荣增 阎跃鹏
（The school of Physics and microelectronics, Shandong University, Jinan, 250100） GONG Xiao-yan WANG Qing-pu （Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Science, Beijing, 100029）GONG Xiao-yan MU Rong-zeng YAN Yue-peng
各 个 功 能 选 择 端 ，根 据 需 要 ，可 以 利 用 外 围 硬 件 配 置 ，复 位
之后，也可以通过 CPLD 进行软件配置。
5 结论
通过软件和硬件的配合使用，顺利实现了语音信号的编码
解码和传输，在 2.0kbps 的 极低 速 率 下，仍 然 得 到了 很 好 的语 音
效果。
本文 作 者创 新 点 ：本 文 利 用 DVSI 公 司 的 AMBE2000，实 现
嵌入式系统应用 文 章 编 号 :1008-0570(2009)02-2-0008-02
《 微 计 算 机 信 息》 ( 嵌 入 式 与 SOC)2009 年 第 25 卷 第 2-2 期
一种基于 AMBE2000 的低速率语音通信系统
A low-rate Voice Communication System Based on AMBE2000
low changeable communication rate, and high speech quality. The design shows the circuit of the system in detail, and results of su-
perior voice quality at low data rates. As the low rate high quality is more and more important in the voice communication system,
关键词: 低速率; AMBE2000; PCM3500; 语音编码解码
中图分类号: TN912
文献标识码: B
Abstract:This system realized a voice communication system based on the AMBE2000, this chip uses the MBE algorithm to obtain
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《 PLC 技术应用 200 例》
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（ 1.山东大学；2.中国科学院微电子研究所） 龚 小 燕 1，2 牟 荣 增 2 阎 跃 鹏 2 王 卿 璞 1
GONG Xiao-yan MU Rong-zeng YAN Yue-peng WANG Qing-pu
摘 要: 本 次 系 统 实 现 了 基 于 AMBE2000 的 低 速 率 语 音 通 信 , 该 芯 片 采 用 改 进 的 多 带 激 励 (MBE) 算 法 , 能 实 现 可 变 速 率 低 比 特
新 得尽可能好的合成语音质量。 从市场现状来看，低速语音的应
受 ，并 转 化 为 AMBE2000 可 以 识 别 的 格 式 ，再 由 AMBE2000 进 行 解 码 ，恢 复 成 PCM 语 音 信 号 ，送 到 模 数 转 换 模 块 进 行 DA 转 换，输出模拟信号再经过语音模块进行功率放大送到扬声器。
3 硬件设计
用市场很广泛：语音系统，数字移动通信，保密通信，语音邮件，
硬件是本次设计的核心，包括语音部分，模数转换模块，语
可 视 电 话 ，IP 电 话 ，语 音 存 储 ，电 话 会 议 ，电 话 购 物 等 很 多 场 合 音编码解码部分以及各个模块的接口。
都需要用到。
3.1 语音模块
DVSI 公司 的 AMBE2000 就是 这 样 一 种 高 性 能 、 低 功 耗 的
龚小燕: 研究生
图 2 语音输入部分电路 语音输出电路如图 3 所示， 该电路采用功率放大芯片 TPA2005D1，进 行 语 音 放 大 。
图 3 语音输出部分电路பைடு நூலகம்
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《现场总线技术应用 200 例》
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嵌入式系统应用
3.2 模数转换器以及其与 AMBE 接口电路 本次采用的 AD，DA 芯片是 PCM3500，这是一款带 有 16 位 串 行 AD 和 DA 的 芯 片 ， 采 样 频 率 范 围 很 宽 ， 从 7.2kbps 到 26kbps，并且它自带有回环自检测模式，便于电路功能自测。 另 外，这款芯片的配置简单，不需要复杂的配置就能有效工作。 它 与 AMBE2000 接口部分电路如图 4 所示。
所，博士生导师；研究方向为导航定位和现代通信；王卿璞，男，
山东大学物理与微电子学院教授，研究半导体材料特性与应用
Biography: GONG Xiao -yan （1983 - ）, female, a graduate student of the school of Physics and microelectronics, Shandong University, make researches on modern communication and electronic system design.
本模 块 的作 用 是 将麦 克 风 微弱 语 音 信号 放 大 给 AD， 以 及
实 时 语 音编 码 解 码 芯 片 ， 它 的 压 缩 率 在 2.0-9.6kbps 范 围 内 可 将从 DA 中出来的语音信号播放出来。 包括了从麦克风输入语
以 调 节 ，并 且 ，它 本 身 具 备 FEC（ 前 向 纠 错） ,VAD（ 语 音 激 活 检 音，以及语音从扬声器输出两部分。
图 5 AMBE2000 外围接口电路 AMBE2000 电路是整个设计的核心，除 了与 PCM3500 接 口 以外，其余部分的电路如图 5 所示。 从功能上看，主要可以分为 以下四个部分：时钟部分，功能配置，功能模式选择模块，以及 SPI 接口部分。 AMBE2000 外接 16.384MHZ 的 晶振 ，芯 片 复位 之 后 才 能 工 作，复位时间至少为 95ms。 功能配置部分可以根据应用需要进 行选择，包括回音消除，语音激活，滑动补偿等功能，使用起来 比较灵活。 功能模式选择部分，可以选择压缩数据率，在实际电 路测量中，即使 是 最低 2.0kbps 语 音 数据 速 率 ，也能 获 得 很好 的 语 音质 量 。 Pin75，pin77（ chann_sel） 用 来 选 择 工 作 模 式 ，一 共 有 主动有帧，主动无帧，被动有帧，被动无帧四种模式。 SPI 接口则 是需要 CPLD 配置的部分， CPLD 提供时钟信号以后，压 缩 语 音 数 据 通 过 SPI 口 传 到 CPLD， 这时 便 可 以 收 下 数 据 进 行 反 馈 或 者处理和传输。
技 术 创
新 作 者 简 介 ： 龚 小 燕（ 1983-） ， 女 ， 山 东 大 学 物 理 与 微 电 子 学 院
2006 级 研 究 生 ，目 前 在 中 国 科 学 院 微 电 子 所 学 习 ，方 向 为 通 信
和电子系统设计；牟荣增，男，中国科学院微电子所研究员；研
究方向为导航定位与现代通信；阎跃鹏，男，中国科学院微电子
音效果。
2 系统结构框图
本语音传输系统结构框图如下图所示：
在本系统中，麦克风输入语音信号，经过语音模块进行放 大。 然后送到模数转换模块进行 AD 转换，输出 PCM 语音信号。 再将 此 信 号 送 给 本 次 系 统 的 核 心 器 件 AMBE2000，进 行 语 音 编 码 ，输 出 压 缩 语 音 信 号 ，送 给 CPLD 控 制 器 ，CPLD 收 到 压 缩 语 音数据后，将语音部分进行提取和处理。 此时的语音数据便是 2.0k -9.6kbps 的 低 速 率 语 音 数 据 ， 可 以 进 行 传 输 。 由 于 AMBE2000 可 以 编码 也 可 以 解 码 ，所 以 本 系 统 同 样 实 现 了 语 音 的 接收 。 前 面 编 码 部 分 发 出 的 语 音 信 息 反 馈 回 来 ，由 CPLD 接
技 this experiment is very valuable. Key words: Low rate; AMBE2000; PCM3500; speech encoding and decoding
术
1 引言
创
语音信号处理是现代通信中不可或缺的组成部分，随着对
通信质量要求的越来越高，我们需要用尽可能低的数码率来获
率 、 高 语 音 音 质 的 语 音 压 缩 编 码 。 本 文 通 过 实 例 ,给 出 了 以 AMBE2000 为 核 心 ,语 音 压 缩 传 输 以 及 解 压 输 出 的 电 路 实 现 。 本 实
验获得了低速率下良好的语音质量,为越来越重要的低速率高质量语音通信提供了有利参考,具有很高实用价值。
测） 和 DTMF 信 号 检测 功 能 。 本次 系 统 就是 充 分 利用 这 款 新 品
语音输入部分电路如图 2 所示，这里利用 LM386 进 行 两 级
的优良特征， 实 现了 在 2.4kbps 左 右的 低 传 输速 率 下 优良 的 语 放大，采用的是单电源 3.3V 供电。 输出的信号送到 AD.
4 软件设计
本 系 统 软 件 配 置 相 对 比 较 容 易 。 通 过 CPLD 提 供 时 钟 ，用
于编码解码以及压缩语音数据的传输。 在主动有帧格式下，帧
同 步 脉冲 由 AMBE2000 产 生 ，与 CPLD 输 出 的 时 钟 信 号 严 格 同
步；被动模式下，需要 CPLD 提供帧同步信号。
图 4 PCM3500 与 AMBE2000 接口电路图 这里，需要配置的只有主动被动模式选择端 M/S，本 电路 采 用主动模式。 LOOP 则是选择回环检测功能端口，当它为高电平 的时 候 ，相当 于 AD 转 化以 后 的 输出 DOUT 接 到 DIN，PCM3500 的 此 项 功 能 为 系 统 的 测 试 带 了 很 大 便 利 。 AMBE2000 和 PCM3500 的 通 信 接 口 是 SPI 口 ，BCK 提 供 时 钟 ， 它 是 晶 振 512 分频后的时钟信号，FS 为选通频率，与 BCK 严格同步。