1.引言

　　智能大廈的通信網(wǎng)絡是以數(shù)字程控交換機為，以語音信號為主并兼有數(shù)據(jù)信號、傳真、圖像資料傳輸?shù)膱D像網(wǎng)絡。通常，應設置數(shù)字程控交換機系統(tǒng)、圖文及傳真系統(tǒng)、語音郵件系統(tǒng)、電纜電視系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、電視會議系統(tǒng)等。當然也包括已與通信技術充分融合的計算機局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)在內(nèi)，以便滿足大廈內(nèi)部和國內(nèi)外互通信息，資料查詢，實現(xiàn)信息資源共享的需要。

　　DVSI公司的AMBE2000就是這樣一種高性能、低功耗的實時語音編碼解碼芯片，它的壓縮率在2.0-9.6kbps范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，并且，它本身具備FEC（前向糾錯），VAD（語音激活檢測）和DTMF信號檢測功能。本次系統(tǒng)就是充分利用這款新品的優(yōu)良特征，實現(xiàn)了在14kbps左右的低傳輸速率下優(yōu)良的語音效果。

　　2系統(tǒng)結構框圖

　　本語音傳輸系統(tǒng)結構框圖如下圖所示：

　　在本系統(tǒng)中，麥克風輸入語音信號，經(jīng)過語音模塊進行放大。然后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行AD轉(zhuǎn)換，輸出PCM語音信號。再將此信號送給本次系統(tǒng)的器件AMBE2000，進行語音編碼，輸出壓縮語音信號，送給CPLD控制器，CPLD收到壓縮語音數(shù)據(jù)后，將語音部分進行提取和處理。此時的語音數(shù)據(jù)便是2.0k-9.6kbps的低速率語音數(shù)據(jù)，可以進行傳輸。由于AMBE2000可以編碼也可以解碼，所以本系統(tǒng)同樣實現(xiàn)了語音的接收。前面編碼部分發(fā)出的語音信息反饋回來，由CPLD接受，并轉(zhuǎn)化為AMBE2000可以識別的格式，再由AMBE2000進行解碼，恢復成PCM語音信號，送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行DA轉(zhuǎn)換，輸出模擬信號再經(jīng)過語音模塊進行功率放大送到揚聲器。

　　3.硬件設計

　　硬件是本次設計的，包括語音部分，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，語音編碼解碼部分以及各個模塊的接口。

　　3.1語音模塊

　　本模塊的作用是將麥克風微弱語音信號放大給AD，以及將從DA中出來的語音信號播放出來。包括了從麥克風輸入語音，以及語音從揚聲器輸出兩部分。語音輸入部分電路如圖2所示，這里利用LM386進行兩級放大，采用的是單電源3.3V供電。輸出的信號送到AD.

　　語音輸出電路如圖3所示，該電路采用功率放大芯片TPA2005D1，進行語音放大。

　　3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及其與AMBE接口電路

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC,通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。一般來說，AD比DA貴，尤其是高速的AD,因為在某些特殊場合，如導彈的攝像頭部分要求有高速的轉(zhuǎn)換能力。一般那樣AD要上千美元。還有通過AD的并聯(lián)可以提高AD的轉(zhuǎn)換效率，多個AD同時處理數(shù)據(jù)，能滿足處理器的數(shù)字信號需求了。

　　本次采用的AD，DA芯片是PCM3500，這是一款帶有16位串行AD和DA的芯片，采樣頻率范圍很寬，從7.2kbps到26kbps，并且它自帶有回環(huán)自檢測模式，便于電路功能自測。另外，這款芯片的配置簡單，不需要復雜的配置就能有效工作。它與AMBE2000接口部分電路如圖4所示。

　　這里，需要配置的只有主動被動模式選擇端M/S,本電路采用主動模式。LOOP則是選擇回環(huán)檢測功能端口，當它為高電平的時候，相當于AD轉(zhuǎn)化以后的輸出DOUT接到DIN,PCM3500的此項功能為系統(tǒng)的測試帶了很大便利。AMBE2000和PCM3500的通信接口是SPI口，BCK提供時鐘，它是晶振512分頻后的時鐘信號，F(xiàn)S為選通頻率，與BCK嚴格同步。

　　3.3AMBE200部分以及與CPLD接口

　　AMBE2000電路是整個設計的，除了與PCM3500接口以外，其余部分的電路如圖5所示。從功能上看，主要可以分為以下四個部分：時鐘部分，功能配置，功能模式選擇模塊，以及SPI接口部分。

　　AMBE2000采用AMBE編解碼技術，是一種高性能、低功耗的單片實時語音壓縮解壓芯片，其壓縮率可在2kbit/s~9.6kbit/s范圍內(nèi)由硬件、軟件調(diào)節(jié)，且具有FEC（前向糾錯）、VAD（語音激活檢測）功能和DTMF信號檢測功能，當速率在4.0kbit/s以上時，可得到接近長途電話的話音質(zhì)量；當速率為2.0kbit/s時，仍然具有較高的可懂度和自然度。因此可廣泛應用于衛(wèi)星通信、數(shù)字移動通信、保密通信、語音郵件等方面。AMBE2000的主要特性包括：具有高品質(zhì)的語音質(zhì)量，壓縮數(shù)據(jù)率可在2kbit/s~9.6kbit/s范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，步進50bit/s; 糾錯率范圍為50bit/s~7.2kbit/s;低功耗、低復雜度；具有語音激活檢測VAD功能、回波抵消功能和舒適噪聲CNI產(chǎn)生功能；可變速的FEC功能； DTMF信號檢測和產(chǎn)生功能等。

　　4.軟件設計

　　本系統(tǒng)軟件配置相對比較容易。通過CPLD提供時鐘，用于編碼解碼以及壓縮語音數(shù)據(jù)的傳輸。在主動有幀格式下，幀同步脈沖由AMBE2000產(chǎn)生，與CPLD輸出的時鐘信號嚴格同步；被動模式下，需要CPLD提供幀同步信號。

　　各個功能選擇端，根據(jù)需要，可以利用外圍硬件配置，復位之后，也可以通過CPLD進行軟件配置。

　　5.結論

　　通過軟件和硬件的配合使用，順利實現(xiàn)了語音信號的編碼解碼和傳輸，在2.0kbps的極低速率下，仍然得到了很好的語音效果。

　　本文作者創(chuàng)新點：

　　本文利用DVSI公司的AMBE2000,實現(xiàn)了低功耗，低傳輸速率下高語音質(zhì)量的語音通信系統(tǒng)。本文基于實踐，提供了較為詳細的電路實現(xiàn)方案以及合理的功能配置，對于要求越來越高的語音傳輸系統(tǒng)，具有很高的實用價值。