新型聲碼器CMX638及應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　3 CMX638工作原理

　　3．1 編解碼過(guò)程

　　3．1．1 不帶FEC的簡(jiǎn)單幀格式編解碼

　　CMX638提供簡(jiǎn)單的編解碼數(shù)據(jù)幀格式，其壓縮速率包括2 050 b／s，2 400 b／s，2 750 b／s，此過(guò)程不帶FEC，STD和DTMF功能。CMX638每隔20 ms采集160個(gè)16位數(shù)據(jù)(A／D轉(zhuǎn)換器的采樣率為8 kHz)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)20 ms結(jié)束后，開始編碼運(yùn)算，由于信號(hào)的異同會(huì)產(chǎn)生不同抖動(dòng)延時(shí)，主機(jī)在40 ms的時(shí)刻讀取第一幀數(shù)據(jù)。以后每隔20 ms操作一次，形成流水線作業(yè)。在解碼過(guò)程中，在0 ms時(shí)刻主機(jī)向CMX638輸入一幀數(shù)據(jù)后，CMX638開始解碼運(yùn)算，與編碼相似也會(huì)出現(xiàn)算法抖動(dòng)延時(shí)，第一個(gè)樣本的輸出時(shí)刻由內(nèi)部寄存器IDD決定，其延時(shí)應(yīng)確保輸出連續(xù)有效的數(shù)據(jù)。圖2為CMX638簡(jiǎn)單幀格式編解碼過(guò)程。

　　3.1.2 帶FEC的復(fù)雜幀格式編解碼

　　CMX638可提供帶前向糾錯(cuò)的編解碼數(shù)據(jù)幀格式，其數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度為60 ms，包括3幀數(shù)據(jù)，其壓縮速率為3 600 b／s。CMX638在0時(shí)刻開始采樣，每隔20 ms進(jìn)行編碼運(yùn)算，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)延時(shí)，每隔60 ms插入一次FEC編碼(圖3黑色部分)，在80 ms時(shí)刻一個(gè)數(shù)據(jù)包穩(wěn)定有效，主機(jī)讀出數(shù)據(jù)，以后每隔60 ms操作一次。在解碼過(guò)程中，主機(jī)向CMX638輸入數(shù)據(jù)包后，開始對(duì)每一幀數(shù)據(jù)解碼運(yùn)算，并會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)延時(shí)，設(shè)置適當(dāng)?shù)膬?nèi)部寄存器IDD，可在延時(shí)后輸出連續(xù)有效的數(shù)據(jù)。圖3是帶FEC的復(fù)發(fā)幀格式編解碼過(guò)程，其數(shù)據(jù)包壓縮時(shí)間為60 ms。

　　3．2 數(shù)據(jù)幀格式

　　CMX638編碼后輸出的數(shù)據(jù)幀格式較簡(jiǎn)單，無(wú)幀頭和其他控制標(biāo)志信息，直接輸出有效數(shù)據(jù)。當(dāng)壓縮速率為2 050b／s時(shí)，每隔20 ms產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)位為41 bit，占用6字節(jié)，主機(jī)必須以字節(jié)為單位與CMX638交換數(shù)據(jù)，所以應(yīng)該輸入／輸出6字節(jié)，其中最高字節(jié)先進(jìn)先出，7個(gè)無(wú)效比特位不影響編解碼。當(dāng)壓縮速率為2 400 b／s時(shí)，其工作原理與2 050 b／s壓縮速率相同，有效數(shù)據(jù)為48 bit，恰好占用6字節(jié)，無(wú)無(wú)效比特位。當(dāng)壓縮速率為2 750 b／s，有效數(shù)據(jù)為55bit，占用7字節(jié)，1個(gè)無(wú)效比特位，必須輸入／輸出7字節(jié)。當(dāng)壓縮速率為3 600 b／s，帶FEC功能，每隔60 ms產(chǎn)生包括3幀的數(shù)據(jù)包，有效數(shù)據(jù)為216 bit，采用硬比特格式，占用27字節(jié)。而采用軟比特格式時(shí)，則占用108字節(jié)。

　　3．3 主機(jī)與片外CODEC接口

　　主機(jī)通過(guò)C-BUS串行接口與CMX638交換數(shù)據(jù)。寫操作時(shí)，CSN為低，先寫入要訪問(wèn)的寄存器地址，再寫入有效數(shù)據(jù)，以字節(jié)為單位，結(jié)束時(shí)CSN拉高；讀操作時(shí)，先寫入地址，接著讀取數(shù)據(jù)。在CLK上升沿采樣，最大時(shí)鐘頻率為5 MHz；每?jī)纱蜟SN操作應(yīng)至少相隔1μs。

　　當(dāng)CMX638選用外部CODEC時(shí)，利用SSP接口與外部CODEC交換數(shù)據(jù)。當(dāng)STRB同步脈沖到達(dá)，如果是寫操作，SDI輸入16 bit數(shù)據(jù)；如果是讀操作，SDO輸出16 bit數(shù)據(jù)。SCLK的最大時(shí)鐘頻率為6.6 MHz，時(shí)鐘沿采樣輸入數(shù)據(jù)方式取決于內(nèi)部寄存器EXCODECCONT($0B)。

　　4 應(yīng)用電路

　　4．1 CMX638采集電路設(shè)計(jì)

　　圖4是基于CMX638的語(yǔ)音采樣、壓縮、解壓縮的應(yīng)用電路，采集麥克風(fēng)的語(yǔ)音信號(hào)，直接壓縮；再解壓縮恢復(fù)源語(yǔ)音信號(hào)輸出到喇叭。CMX638使用片內(nèi)的語(yǔ)音CODEC，可直接采集模擬信號(hào)。輸入／輸出通道分別有兩個(gè)可編程增益放大器，通過(guò)配置寄存器AIG($05)和AOG($06)確定其增益。當(dāng)輸入/輸出增益較大時(shí)，可能出現(xiàn)噪聲，但這些噪聲被片內(nèi)數(shù)字低通濾波器濾除。信號(hào)的輸入/輸出端無(wú)需接放大電路和濾波電路，提高信噪比。