AMBE-2000TM語(yǔ)音壓縮編碼電路分析
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1 引言
語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)一直是在盡可能低的數(shù)碼率下獲得盡可能好的合成語(yǔ)音質(zhì)量的矛盾中發(fā)展的。數(shù)碼率實(shí)質(zhì)上反映的是頻帶寬度，降低數(shù)碼率實(shí)質(zhì)上就是壓縮頻帶寬度。近10年來(lái)，固定電話和移動(dòng)通信高速發(fā)展，頻率資源變得愈加寶貴，信道利用率成為一項(xiàng)關(guān)鍵因素，這促使語(yǔ)音壓縮技術(shù)，即語(yǔ)音編碼技術(shù)不斷發(fā)展。在有線通信及移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信和掌上電腦的語(yǔ)音傳送應(yīng)用中，語(yǔ)音編碼依舊扮演著十分重要的角色。
基于多帶激勵(lì)(MBE)算法，1997年，美國(guó)數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)公司(DVSI)研制出先進(jìn)的多帶激勵(lì)(AMBE-Advanced MBE)語(yǔ)音雙工編解碼芯片AMBE-1000TM，AMBE算法是標(biāo)準(zhǔn)MBE的改進(jìn)和補(bǔ)充。隨后又推出AMBE-2000TM型語(yǔ)音壓縮碼電路。該壓縮技術(shù)已被證明優(yōu)于CELP，RELP，VSELP，MELP，ECELP，MP-MLQ，LPC-10及其他壓縮技術(shù)。該語(yǔ)音電路能應(yīng)用于包括數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)在內(nèi)的許多領(lǐng)域，如衛(wèi)星通信、保密通信、語(yǔ)音多路技術(shù)、語(yǔ)音郵件、多媒體、IP電話等。
2 多帶激勵(lì)編碼的原理
美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的D．W．Griffin博士提出的多帶激勵(lì)(MBE)語(yǔ)音編碼方案突破了二元激勵(lì)的局限性，是一個(gè)不用預(yù)測(cè)殘差的完全的參數(shù)語(yǔ)音編碼器，在2．0kb／s～4．8kb／s速率內(nèi)能夠合成質(zhì)量比傳統(tǒng)聲碼器好得多的語(yǔ)音，并且具有較好的自然度和容忍環(huán)境噪聲的能力，是目前這一速率范圍內(nèi)的一種較理想的編碼算法。
2．1 MBE的基本原理
多帶激勵(lì)的基本原理如圖1所示，將語(yǔ)音譜按各基音諧波頻率分成若干個(gè)帶，對(duì)各帶信號(hào)分別進(jìn)行清濁音判決?？偟募?lì)信號(hào)由各帶激勵(lì)信號(hào)相加構(gòu)成。對(duì)于濁音帶用以基音周期為間隔的脈沖序列譜作為激勵(lì)信號(hào)譜；對(duì)于清音帶采用白噪聲譜作為激勵(lì)信號(hào)譜，最后將各帶信號(hào)相加，形成全帶激勵(lì)信號(hào)。激勵(lì)信號(hào)通過(guò)時(shí)變數(shù)字濾波器，確定各諧波帶的相對(duì)幅度和相位，將激勵(lì)譜映射為語(yǔ)音譜。這種方案能將合成語(yǔ)音與原始語(yǔ)音在頻譜的細(xì)致結(jié)構(gòu)上擬合得很好，更加符合實(shí)際語(yǔ)音的特性，因而能夠獲得較高的自然度。
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2．2 AMBE的語(yǔ)音壓縮算法
AMBE是在MBE基礎(chǔ)上的改進(jìn)和補(bǔ)充，基本算法是先將輸入的每幀160個(gè)數(shù)字話音取樣，分成交迭的段，經(jīng)模型分析后得出該幀的模型參數(shù)。編碼器先進(jìn)行V／U判別，將其分成交迭的8個(gè)段；再對(duì)每個(gè)段進(jìn)行模型分析，得到模型參數(shù)，然后量化編碼，最后加上前向糾錯(cuò)碼(FEC)，以2．0kb／s～9．6kb／s的碼率發(fā)送。解碼器將接收到的比特流進(jìn)行相應(yīng)的糾錯(cuò)解碼，將重構(gòu)模型參數(shù)，再利用這些參數(shù)進(jìn)行合成，恢復(fù)出語(yǔ)音。
3 AMBE-2000TM電路簡(jiǎn)介
3．1 電路優(yōu)點(diǎn)
1)優(yōu)異的語(yǔ)音質(zhì)量；2)低造價(jià)，低功耗，緊湊的引腳100 TQFP型封裝；3)無(wú)需外部存儲(chǔ)器；4)較強(qiáng)的抗干擾能力；5)支持插入前向糾錯(cuò)碼的可變速率(2．0kb／s～9．6kb／s)；6)全雙工實(shí)時(shí)處理；7)語(yǔ)音激活探測(cè)(VAD)／舒適背景噪音插入；8)雙音多頻(DTMF)探測(cè)和生成；9)回音抵消。
3．2 基本工作原理
該電路可以被視為兩個(gè)獨(dú)立的部分即編碼器和解碼器。編碼器接收8kHz話音數(shù)據(jù)流(16位線性、8位A率、8位μ率)并以所希望的碼率輸出數(shù)據(jù)流到傳輸信道上，相反，解碼器接收從傳輸信道上傳送的數(shù)據(jù)流合成出8kHz話音數(shù)據(jù)流。其編碼器與解碼器的接口時(shí)序是完全異步的?；竟ぷ髟砣鐖D2所示。
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