基于CMX618的數字語音通信系統

l CMX618功能與特點
1．1 RALCWI算法
CMX618是接近長話級的半雙工語音編解碼芯片，通過一種新的數據速率算法技術――RALCWI技術，對語音進行編解碼處理。RALCWI是一種魯棒的先進的復雜性波形插入技術，與其他語音編解碼技術不同，它使用獨有的信號分解和參數編碼方法，可確保在較高的壓縮率下有很好的語音質量。在聲碼器中，采用RALCWI技術實現的語音質量與編碼位速率在4 Kb／s以上的標準聲碼器話音質量基本相符。它的MOS(平均意見得分)處于3．5～3．6之間，而且表現相當優秀。
RALCWI聲碼器以幀一幀為基礎進行傳輸。在8 kHz的采樣速率下，對語音信號進行分幀處理，每幀語音包含160個采樣點，形成20 ms的元語音幀。語音編碼器以較高的計時分辨率(8次／幀)進行語音分析，對每一個語音段都會生成一系列的評估參數。然后，使用不同的矢量量化(VQ)方法，這些估算參數被量化生成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言語音為基礎進行混合編排的，包含了東西方多種語言的語音采樣值。
1.2 芯片主要功能及特點
CMX618語音編解碼芯片體積小，性能高，功耗低，其具體特點如下：
(1)編碼時，有三種位速率可供選擇(2 050 b／s，2 400 b／s或者2 750 b／s)。在選擇前向糾錯編碼(FEC)的情況下，可通過信道編碼和交織處理形成3 600 b／s的位數據流(60 ms／216 b的數據包或80 ms／288 b數據包)。
(2)解碼時，可選擇前向糾錯(FEC)解碼器對輸入編碼后的語音位流(216 b／60 ms或者288 b／80 ms的數據包)進行解交織和信道解碼，生成糾錯后的編碼語音位速率為2 050 b／s，2 400 b／s或者2 750 b／s，速率依據所選的模塊而定。當使用FEC解碼器時，可利用“軟決策”方法增強解碼功能，減小誤碼的產生。
(3)內部含有一個集成的語音壓縮／解壓器(CODEC)，實現模擬語音到低位速率編碼的壓縮／解壓過程。
(4)芯片大部分功能，均可通過軟件編程的方式，配置內部的寄存器來實現，簡單方便。
(5)具有非連續發送檢測(DTX)、舒適噪聲生成器(CNG)、語音激活檢測(VAD)和雙音多頻信號檢測(DTMF)的檢測和產生等輔助功能，使語音性能達到最佳。
1．3 CMX618工作原理
CMX618內部結構圖如圖1所示。

由結構圖可以看出，CMX618主要由音頻壓縮／解壓器(CODEC)、RALCWI編解碼器、前向糾錯編解碼器和其他特殊功能模塊幾部分組成。
編碼時，輸入的模擬語音首先要經過音頻壓縮／解壓器(CODEC)模塊，進行調節增益、A／D轉換、濾波和壓縮處理，然后進入編碼器中開始編碼。編碼后，如果選擇使用前向糾錯(FEC)功能，則會對編碼進行糾錯處理，盡量消除誤碼。這樣，編碼后的語音數據，按選擇的位速率和幀的結構生成數據包，利用C-BUS串行總線，傳輸到微控制器LPC2138中。
解碼是編碼的逆處理過程。經C-BUS串行總線傳輸的數字語音，進入解碼器(可選擇FEC功能)開始解碼，然后經過解壓、濾波、D／A轉換、調節增益等處理后，就成為可以聽到的模擬語音。另外，在編碼和解碼期間，如果選擇一些輔助功能，例如非連續發送檢測(DTX)、語音激活檢測(VAD)或雙音多頻信號檢測(DTMF)時則需另行處理。

2 系統設計實現
2．1 微控制器
ARM微控制器具有內核耗電少，功能強，成本低等優點，現在多應用于無線通信、GPS、智能手機開發等諸多領域。這里選用PHILIPS公司的LPC2138作為數字語音通信模塊的主控制器。LPC2138是一個基于支持實時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中。此外，由于LPC2138片內集成了ROM，RAM，A／D和多個外設模塊，如通用I／O口、定時器、串行口等，因此非常適合于通信網關、協議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像等場合，為這些應用提供大規模的緩沖區和強大的處理功能。