基于AMBE_2000的电话语音信号数字化模块设计_张夺赟

基于AMBE-2000的电话语音信号数字化模块设计

张夺赟，陈

路

(中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴314033)

摘要：通过介绍实现电话语音信号数字化模块的设计方法，详细说明了AMBE-2000的编码后的数据包格式，同时也阐

述了芯片的工作原理和应用方法，并对SI3210的工作原理及应用方式做了简单的介绍。关键词：SI3210；AMBE-2000；语音信号数字化；电话接口中图分类号：TN912文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2014）10-0055-02先进多带激励（AMBE ）算法是一种基于多带激励(MBE ) 语音模型低比特率、高性能的语音压缩编码方法。它不仅码率低，在低码率情况下能够保持优良的语音合成的自然度效果，同时还具有良好的抗背景噪声能力。因此本设计将采用AMBE 算法来实现电话语音信号数字化。

个芯片一般联合起来使用，其硬件连接原理电路如图2所示，在这一部分主要功能是将电话语音信号由模拟信号转换成数字信

号。

1电话语音信号数字化模块硬件实现

1.1电话语音信号数字化模块整体架构

电话语音信号数字化模块需要从语音信号中分离出拨号信息、语音信息等，并且对语音信号进行压缩处理，因此可以将其分为电话接口模块、音频编解码模块、控制和数据处理模块。原理框图如图1

所示。

图2电话接口模块电路原理图

1.3音频编解码模块

音频编解码模块是由AMBE-2000TM 来实现。AMBE-2000TM 是美国DVSI 公司设计的一款高性能、低功耗、可变速率的单片实时全双工语音压缩解压芯片。该芯片采用改进的多带激励(AMBE ) 算法。其主要特点如下：

（1）具有高品质的语音质量；（2）压缩数据率可在2kbps-9.6kbps 范围内用软件调节；（3）纠错率范围为50bps-7.2kbps ；（4）具有V AD （语音激活检测）/CNI（插人舒适噪声）功能；（5）具有DTMF 信号检测和产生功能；（6）电源电压+3.3V。

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:40-43

图1电话语音信号数字化模块原理框图其中电话接口模块包括SI3201和SI3210；音频编解码模块包括AMBE-2000TM ；控制和数据处理模块包括EPM1270、LPC952和SP3232EEA 。

1.2电话接口模块

电话接口模块由SI3210与SI3201组成，SI3210与SI3201是Silicon Laboratories 公司设计的SILC 芯片和线路接口芯片，这两

3结语

本文所设计的光无源器件损耗测试仪综合了步进扫描和单步扫描的优点，并且利用实时参考功率校准，大大提高了测量精度以及降低了对光源稳定性的苛刻要求。本文利用的基于单片机的步进电机带动偏振玻片转动，实现线偏振状态扫描的方法，避免了重新设计复杂的偏振控制器件，降低了设计复杂度、节约了时间并提高了效率。最后通过试验验证该测试仪测量偏振相关损耗的误差为±0.02dB，已处于国内领先水平，不逊色于国外同类型仪器dBmOptics 生产的4600。参考文献：[1]

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５５

信息通信

AMBE-2000TM 编码的数据格式分为两种：有帧格式和无帧格式。本设计采用有帧格式。有帧格式情况下，AMBE2000大约

这个数据包共由24个字组成；数每20ms 生成一个压缩数据包，

据包生成后，其EPR 管脚会输出一个短的负脉冲指示，依此来决定对数据包的处理。数据包的具体构成如下。

固定为0xl3EC ，为数据包的头；格式字0：

格式字1：高8位用于芯片功率控制，0x00表示正常工作模式；0x55表示低功耗模式。低8位的位功能(高有效) 如表1所列。

表1格式字1

格式

张夺赟等：基于AMBE-2000的电话语音信号数字化模块设计（2）主机数据接口时序控制：该模块主要用来控制LPC952和AMBE-2000TM 进行数据交换。图5所示为LPC952和AMBE-2000TM 进行数据交换的一个周期，其中CHAN_TX_DATA 发送上一周期所存储的P5

值。

此时可以检测最低位来判断是否有DTMF 信号，如果有，可以从格式字10得出DTMF 值；

格式字2～6：用于指定和表示芯片的压缩数据率；格式字7：该位在输入数据包中不用，而在输出数据包中表示误码率；

格式字8、9：不用；格式字10：高8位用于控制和表示DTMF 信号的幅度，范围从3～60dBm 低8位用于控制和检测DTMF 信号。

格式字11：高8位用于解码器音量控制；低8位的功能如表2所列。

表2格式字11

格式

图5数据交换时序图

2.2MCU 程序设计

MCU 内程序使用C 语言来实现。主要有以下几个功能模块。

SI3210初始化：SI3210初始化是通过SPI 将预设值写入（1）

控制寄存器。在写寄存器时，SPI 输入的第一个字节是目标寄存器地址，第二个才是需写入的值；

AMBE-2000TM 初始化是通过（2）AMBE-2000TM 初始化：

复位后芯片输入的第一个数据帧来实现；（3）数据包处理：当有数据从电话端传来时，首先判断第一个字是否为0x13EC ，如果不是将重置；如果是那么将再连续接收23个字，然后按照表3所示将数据重新打包再从串口发出；当有数据从通信网络端传来时，首先判断第一个字是否为0x13EC ，如果不是将重置；如果是，那么将再连续接收13个字，然后按照表3所示并将空缺的字节全部填0把数据重新打包发给CPLD 。

表3

数据格式对照表

格式字12～23：压缩数据信息。

1.4控制和数据处理模块

数据处理模块主要由EPM1270、LPC952和SP3232EEA 构成。其中EPM1270是Altera 公司生产的CPLD 芯片主要用来实现各芯片的逻辑控制，LPC952是飞利浦公司生产的单片机芯片用来实现编码后的数据包重新打包和数据处理，SP3232EE 是TTL 电平转RS232电平的电平转换芯片。

2程序设计

2.1CPLD 内程序设计

CPLD 内程序使用Verilog HDL 语言来实现，可以划分为以下两个主要功能模块：

（1）PCM 接口时序控制：该模块主要用来对SI3210和AMBE-2000TM 的PCM 接口时序进行控制，以便让SI3210和AMBE-2000TM 的PCM 接口进行数据交换，SI3210PCM 接口发送数据时序如图3所示，AMBE-2000TM PCM 接口发送数据时序如图4所示。其中CLK 是时钟信号，设置为2.048MHz ；FSYNC 、CODE_RX_STRB和CODE_TX_STRB是帧同步信号，其周期为8KHz

。

3结语

当前社会对数字语音通信的要求越来越高，通过本文所介绍的AMBE2000和SI3210所构成的电话语音信号数字化模块，可以在PSTN 、GSM 等系统平台上实现语音信号的加密、存储、回放等功能。参考文献：[1][2][3][4]

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图3SI3210PCM

接口发送数据时序图

[5]

作者简介：张夺赟（1981-），男，安徽宣城人，工程师，研究方向为控制与通信方向。

图4AMBE-2000TM PCM 接口发送数据时序图５６