用AMBE-1000實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音分組技術(shù)
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1 概述
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，信息的快速傳遞在生產(chǎn)和生活中顯得越來(lái)越重要。在各種信息傳遞方式中，語(yǔ)音的互通占據(jù)著重要的位置。最為大家熟知的是以PCM編碼方式傳送語(yǔ)音的普通電話業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、語(yǔ)音質(zhì)量高，占據(jù)著語(yǔ)音通話業(yè)務(wù)的主體。但近年來(lái)隨著IP電話的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，另一種語(yǔ)音處理技術(shù)越來(lái)越為人們所熟悉，那就是語(yǔ)音分組技術(shù)。語(yǔ)音分組是指將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為一定長(zhǎng)度和速率的數(shù)字化語(yǔ)音包，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方法并以包的形式進(jìn)行交換和傳輸。它隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，尤其是IP電話的普及而得到越來(lái)越多應(yīng)用。但由于互聯(lián)網(wǎng)不能對(duì)傳輸帶寬提供保證，因此，語(yǔ)音包在其傳輸過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生延遲、抖動(dòng)、包丟失等影響語(yǔ)音質(zhì)量的因素。直到近年來(lái)由于低速率編解碼算法的出現(xiàn)和軟硬件性能的提高，人們才注意到分組語(yǔ)音技術(shù)的商業(yè)價(jià)值，并投入開(kāi)發(fā)力量。
早期分組語(yǔ)音技術(shù)的應(yīng)用大都采用軟件實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，硬件價(jià)格大幅度下降，從而出現(xiàn)了許多用硬件實(shí)現(xiàn)分組語(yǔ)音的產(chǎn)品。硬件具有對(duì)數(shù)據(jù)處理速度快，可處理大量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，所以使用硬件實(shí)現(xiàn)分組語(yǔ)音可以很好地處理延遲、抖動(dòng)、回聲抑制等問(wèn)題，從而得到良好的音質(zhì)。采用硬件實(shí)現(xiàn)分組語(yǔ)音的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：在一個(gè)硬件電路中可以實(shí)現(xiàn)多種壓縮標(biāo)準(zhǔn)的分組語(yǔ)音，能很靈活地適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多個(gè)語(yǔ)音終端的互通。
本文著重介紹采用一種專(zhuān)用的DSP芯片AMBE-1000實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音分組的方法，并用這種方法實(shí)現(xiàn)了鐵路站場(chǎng)中的信號(hào)作業(yè)電話。由此可以看出，分組語(yǔ)音技術(shù)在一些專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊空間。
2 AMBE-1000簡(jiǎn)介
AMBE-1000是Digital Voice Systems公司的語(yǔ)音編解碼芯片，用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙工的語(yǔ)音壓縮/解壓縮功能，能實(shí)現(xiàn)低傳輸速率下高質(zhì)量的通話。它采用先進(jìn)的AMBE壓縮算法，壓縮速率最低可達(dá)2.4Kb/s目前，這種算法以其能實(shí)現(xiàn)的低傳輸速率和高通話質(zhì)量而在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，甚至用在下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中。具體來(lái)說(shuō)，AMBE-1000具有如下獨(dú)特之處：
*低硬件成本和高通話質(zhì)量；
*無(wú)需外圍輔助設(shè)備；
*比特差錯(cuò)和背景噪聲良好的魯棒性；
*可變傳輸速率2.4Kb/s～9.6Kb/s；
*可自動(dòng)插入舒適噪聲；
*可選的串行和并行接口；
*自帶回聲抑制功能；
*DTMF信號(hào)的檢測(cè)與產(chǎn)生；
*低功耗。
我們用這個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的分組化。最基本的應(yīng)用可由圖1表示。
在實(shí)際應(yīng)用中，語(yǔ)音壓縮數(shù)據(jù)要在信道中傳輸，須加入信道接口，完成對(duì)語(yǔ)音壓縮數(shù)據(jù)的加工、打包。最常用的接口一般可用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。AMBE-1000的設(shè)計(jì)也使它很容易和單片機(jī)交換數(shù)據(jù)。AMBE-1000和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)接口有串行接口和并行接口，通信方式是主動(dòng)方式還是被動(dòng)方式，取決于可采集數(shù)據(jù)的信號(hào)是否由AMBE自身全部給出。我們采用并行數(shù)據(jù)線接口，AMBE-1000設(shè)為被動(dòng)工作方式。此時(shí)當(dāng)其RX_DI端輸入8kHz取樣的語(yǔ)音數(shù)據(jù)（16位線性編碼，8位A率或8位U率編碼）時(shí)，在其數(shù)據(jù)線上會(huì)得到周期性的壓縮語(yǔ)音數(shù)據(jù)（周期20ms，長(zhǎng)度6字節(jié)，可達(dá)到2.4Kb/s的傳輸速率）。其控制線和數(shù)據(jù)線時(shí)序關(guān)系如圖2所示。
LOOP：JNB EPR，$
READ：MOV R0，#34
MOV R1，#30H
LL：MOVXA，@DPTR（DPTR：AMBE的地址）
MOV @R1，，A
INC R1
JB OBE，$
DJNZ R0，LL
SJMP LOOP
AMBE-1000作為解碼器的寫(xiě)時(shí)序與讀時(shí)序類(lèi)似，可根據(jù)DPE（Decoder Packet Ready）和IBF（Input Buffer Full）信號(hào)編寫(xiě)相應(yīng)程序。
從AMBE-1000輸出的語(yǔ)音數(shù)據(jù)有固定的幀格式，每一幀有34字節(jié)數(shù)據(jù)，除去幀頭，有24字節(jié)語(yǔ)音數(shù)據(jù)。在20ms周期內(nèi)，若24字節(jié)數(shù)據(jù)全部被填滿，則其傳輸速率為9.6Kb/s。若設(shè)傳輸速率為2.4Kb/s，則24字節(jié)語(yǔ)音數(shù)據(jù)格式中只有6字節(jié)語(yǔ)音數(shù)據(jù)，其余被0填充。我們用這6字節(jié)數(shù)據(jù)作為一帖，再加上幀頭（包括同步碼、地址碼、類(lèi)型碼、校驗(yàn)碼等），便可實(shí)現(xiàn)分組語(yǔ)音。
3 應(yīng)用實(shí)例
AMBE-1000讀寫(xiě)一幀數(shù)據(jù)所需的時(shí)間遠(yuǎn)小于20ms。也就是說(shuō)在20ms時(shí)間內(nèi)，除了讀1幀或?qū)?幀數(shù)據(jù)外，處理器還有大量的時(shí)間做其它的事。這使人們有可能在半雙工的低速信道內(nèi)實(shí)現(xiàn)全雙工的語(yǔ)音通話。圖3為以AMBE-1000為核心實(shí)現(xiàn)的鐵路站場(chǎng)信號(hào)作業(yè)電話示意圖。
圖3中，用戶(hù)線接口及PSTN接口均以AMBE為核心。每一個(gè)終端可通過(guò)總線的PSTN接口接入PSTN電話網(wǎng)；各個(gè)電話終端可通過(guò)總線互通，但每一時(shí)刻只能有一個(gè)終端接入PSTN。終端的硬件構(gòu)成如圖4所示。
由電話接口完成用戶(hù)話機(jī)模擬信號(hào)的二、四線轉(zhuǎn)換；由編解碼器完成對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化，并進(jìn)行A率（U率）PCM編碼；由AMBE-1000對(duì)PCM語(yǔ)音信號(hào)壓縮并分組，實(shí)現(xiàn)分組語(yǔ)音；由單片機(jī)對(duì)分組語(yǔ)音進(jìn)行打包，最后送入485總線進(jìn)行傳輸。由于是多個(gè)終端，在軟件中需引入令牌機(jī)制，以防止沖突。軟件工作流程如圖5所示。
結(jié)語(yǔ)
就功能來(lái)說(shuō)，AMBE-1000是一款優(yōu)秀的語(yǔ)音壓縮處理器；就其能達(dá)到的最低壓縮速率來(lái)看，已達(dá)到了世界先進(jìn)水平，而且能夠保證高質(zhì)量的通話質(zhì)量。這使得它在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用；但其壓縮算法為非標(biāo)準(zhǔn)算法，致使由AMBE-1000構(gòu)成的語(yǔ)音處理系統(tǒng)只能用在某些專(zhuān)用網(wǎng)上。即使如此，它仍不失為在語(yǔ)音處理領(lǐng)域一款優(yōu)秀的處理器。
評(píng)論