引 言

　　英國(guó)CML公司推出的語(yǔ)音編解碼芯片CMX618，能夠以較低的比特率進(jìn)行編解碼處理，并保證很高的語(yǔ)音質(zhì)量。在此基于CMX618設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)字語(yǔ)音通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但功能強(qiáng)大，而且它的工作電壓很低，功耗很小，非常適合通信領(lǐng)域開(kāi)發(fā)使用。

　　l CMX618功能與特點(diǎn)

　　1.1 RALCWI算法

　　CMX618是接近長(zhǎng)話級(jí)的半雙工語(yǔ)音編解碼芯片，通過(guò)一種新的數(shù)據(jù)速率算法技術(shù)——RALCWI技術(shù)，對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行編解碼處理。RALCWI是一種魯棒的先進(jìn)的復(fù)雜性波形插入技術(shù)，與其他語(yǔ)音編解碼技術(shù)不同，它使用獨(dú)有的信號(hào)分解和參數(shù)編碼方法，可確保在較高的壓縮率下有很好的語(yǔ)音質(zhì)量。在聲碼器中，采用 RALCWI技術(shù)實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音質(zhì)量與編碼位速率在4 Kb/s以上的標(biāo)準(zhǔn)聲碼器話音質(zhì)量基本相符。它的MOS(平均意見(jiàn)得分)處于3.5～3.6之間，而且表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)秀。

　　RALCWI聲碼器以幀一幀為基礎(chǔ)進(jìn)行傳輸。在8 kHz的采樣速率下，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分幀處理，每幀語(yǔ)音包含160個(gè)采樣點(diǎn)，形成20 ms的元語(yǔ)音幀。語(yǔ)音編碼器以較高的計(jì)時(shí)分辨率(8次/幀)進(jìn)行語(yǔ)音分析，對(duì)每一個(gè)語(yǔ)音段都會(huì)生成一系列的評(píng)估參數(shù)。然后，使用不同的矢量量化(VQ)方法，這些估算參數(shù)被量化生成41 b，48 b或55 b的幀。值得一提的是，這些向量量化值是以多語(yǔ)言語(yǔ)音為基礎(chǔ)進(jìn)行混合編排的，包含了東西方多種語(yǔ)言的語(yǔ)音采樣值。

　　1.2 芯片主要功能及特點(diǎn)

　　CMX618語(yǔ)音編解碼芯片體積小，性能高，功耗低，其具體特點(diǎn)如下：

　　(1)編碼時(shí)，有三種位速率可供選擇(2 050 b/s，2 400 b/s或者2 750 b/s)。在選擇前向糾錯(cuò)編碼(FEC)的情況下，可通過(guò)信道編碼和交織處理形成3 600 b/s的位數(shù)據(jù)流(60 ms/216 b的數(shù)據(jù)包或80 ms/288 b數(shù)據(jù)包)。

　　(2)解碼時(shí)，可選擇前向糾錯(cuò)(FEC)解碼器對(duì)輸入編碼后的語(yǔ)音位流(216 b/60 ms或者288 b/80 ms的數(shù)據(jù)包)進(jìn)行解交織和信道解碼，生成糾錯(cuò)后的編碼語(yǔ)音位速率為2 050 b/s，2 400 b/s或者2 750 b/s，速率依據(jù)所選的模塊而定。當(dāng)使用FEC解碼器時(shí)，可利用“軟決策”方法增強(qiáng)解碼功能，減小誤碼的產(chǎn)生。

　　(3)內(nèi)部含有一個(gè)集成的語(yǔ)音壓縮/解壓器(CODEC)，實(shí)現(xiàn)模擬語(yǔ)音到低位速率編碼的壓縮/解壓過(guò)程。

　　(4)芯片大部分功能，均可通過(guò)軟件編程的方式，配置內(nèi)部的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單方便。

　　(5)具有非連續(xù)發(fā)送檢測(cè)(DTX)、舒適噪聲生成器(CNG)、語(yǔ)音激活檢測(cè)(VAD)和雙音多頻信號(hào)檢測(cè)(DTMF)的檢測(cè)和產(chǎn)生等輔助功能，使語(yǔ)音性能達(dá)到最佳。

　　1.3 CMX618工作原理

　　CMX618內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　由結(jié)構(gòu)圖可以看出，CMX618主要由音頻壓縮/解壓器(CODEC)、RALCWI編解碼器、前向糾錯(cuò)編解碼器和其他特殊功能模塊幾部分組成。

　　編碼時(shí)，輸入的模擬語(yǔ)音首先要經(jīng)過(guò)音頻壓縮/解壓器(CODEC)模塊，進(jìn)行調(diào)節(jié)增益、A/D轉(zhuǎn)換、濾波和壓縮處理，然后進(jìn)入編碼器中開(kāi)始編碼。編碼后，如果選擇使用前向糾錯(cuò)(FEC)功能，則會(huì)對(duì)編碼進(jìn)行糾錯(cuò)處理，盡量消除誤碼。這樣，編碼后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，按選擇的位速率和幀的結(jié)構(gòu)生成數(shù)據(jù)包，利用C- BUS串行總線，傳輸?shù)轿⒖刂破鱈PC2138中。

　　解碼是編碼的逆處理過(guò)程。經(jīng)C-BUS串行總線傳輸?shù)臄?shù)字語(yǔ)音，進(jìn)入解碼器(可選擇FEC功能)開(kāi)始解碼，然后經(jīng)過(guò)解壓、濾波、D/A轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)增益等處理后，就成為可以聽(tīng)到的模擬語(yǔ)音。另外，在編碼和解碼期間，如果選擇一些輔助功能，例如非連續(xù)發(fā)送檢測(cè)(DTX)、語(yǔ)音激活檢測(cè)(VAD)或雙音多頻信號(hào)檢測(cè)(DTMF)時(shí)則需另行處理。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　2.1 微控制器

　　ARM微控制器具有內(nèi)核耗電少，功能強(qiáng)，成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在多應(yīng)用于無(wú)線通信、GPS、智能手機(jī)開(kāi)發(fā)等諸多領(lǐng)域。這里選用PHILIPS公司的 LPC2138作為數(shù)字語(yǔ)音通信模塊的主控制器。LPC2138是一個(gè)基于支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器芯片，較小的封裝和很低的功耗使LPC2138特別適用于小型系統(tǒng)中。此外，由于LPC2138片內(nèi)集成了ROM，RAM，A/D和多個(gè)外設(shè)模塊，如通用I/O 口、定時(shí)器、串行口等，因此非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語(yǔ)音識(shí)別、低端成像等場(chǎng)合，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。

　　2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　基于CMX618的語(yǔ)音通信模塊主要由語(yǔ)音編解碼器CMX618和LPC2138組成，如圖2所示。

　　該語(yǔ)音通信系統(tǒng)使用CMX618內(nèi)置的CODEC模塊，其內(nèi)部集成了A/D和D/A轉(zhuǎn)換、通道濾波、增益調(diào)節(jié)等功能，足以滿足對(duì)模擬語(yǔ)音的抽樣、量化等操作的指標(biāo)要求。因此，無(wú)需再外接芯片，也節(jié)省了大量的物理空間，這在實(shí)際的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中是十分重要的。

　　微控制器LPC2138通過(guò)C-BUS串行總線與CMX618連接。C-BuS是一個(gè)四線中斷一驅(qū)動(dòng)串行系統(tǒng)，可在主控制器和CMX618內(nèi)部寄存器間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、控制或狀態(tài)信息的發(fā)送。