AMBE2000和AD73311在多模式電臺中的應用

當前，無論軍用還是民用電臺，都在朝著多模式的方向發展。這就要求電臺的語音處理模塊能夠適應多種調制方式以及多種數據速率。dvsi公司的ambe2000是一款實現了ambe語音壓縮、解壓縮軟件算法的芯片；adi公司的ad73311是一款16位語音a/d/a轉換芯片。二者的共同特點是配置靈活、接口簡單高效，配合使用能夠在多種調制方式、多種數據速率下獲得優良的語音質量。本文介紹二者的功能特點及內部結構，在此基礎上給出多模式電臺中語音處理模塊的實現方案。

ambe2000介紹

主要特點

壓縮數據率在2kbps~9.6kbps范圍內可調節。當速率在4kbps以上時，可得到接近長途電話的話音質量；當速率為2kbps時，仍然具有較高的可懂度和自然度；

可變速的fec（前向糾錯）功能，可根據信道情況，靈活地選擇fec的速率；

低功耗（65mw@3.3v，0.11mw深度睡眠）、低復雜度；

具有語音激活檢測（vad--voice activity detection）功能、舒適噪聲（cn--comfortable noise）產生功能、回聲抵消（ec--echo canceling）功能；

具有dtmf信號檢測和產生功能；

可以通過配置管腳、寫控制字的方式來設置工作狀態；

通過串口進行語音數據、壓縮數據、控制字的交換，簡單高效。

基本結構和主要管腳

如圖1所示，ambe2000可以分為獨立的兩部分--編碼器和譯碼器。編碼器從語音串行接口接收語音數據（可以是16bit線性、8 bit a律或8 bit u律），從信道串行接口輸出壓縮數據；反之，譯碼器把從信道串行接口接收到的壓縮數據還原為語音數據，從語音串行接口輸出。編碼器和譯碼器是完全異步的。語音串行接口和信道串行接口通常分別接a/d/a轉換器和微處理器，這里我們分別選用adi公司的ad73311和ti公司的tms320vc5416。

加電后首先對芯片進行硬件復位（將管腳resetn置低），復位結束（管腳resetn由低變高）后的200ms內，芯片會根據各控制管腳的電平來設定自身的工作狀態。這200ms內各控制管腳的電平必須是穩定的，200ms之后，控制管腳電平的變化不會影響芯片的工作狀態（除非再次復位），欲改變芯片的工作狀態，可以通過信道串行接口往芯片寫控制字。

ad73311

主要特點

采樣率64khz、32khz、21.33khz、16khz、12.8khz、8khz可選；

可變增益的輸入（0~38db）、輸出（+6~-15db）放大器pga（programmable gain amplifier）；

通過串口傳遞語音數據、接收控制命令，簡單高效；

最大功率50mw@2.7v。
基本結構和主要管腳：

輸入的模擬信號經過可變增益放大器、a/d轉換器后轉換為數字信號，通過串口輸出；反之，來自串口的數據流被轉換為模擬信號后，經過可變增益放大器輸出。

配置方法

ad73311的主要工作模式有兩種--編程模式和數據模式。芯片復位之后處于默認的編程模式，這時可以通過串口往芯片內的控制寄 存器寫控制字，來設定工作狀態。設定完成后，還要寫“進入數據模式”的命令，以進行正常的數據交換。

基于ambe2000和ad73311的語音處理模塊實現方法

實現方案

基于ambe2000和ad73311的語音處理模塊，能夠兼容多種調制方式、多種數據速率，芯片簡單高效的接口也簡化了電路的設計，其實現方案如圖3所示。該語音處理模塊的靈活性主要體現在：

2、復位之后，dsp可以通過寫控制字來設置ambe2000和ad73311的工作狀態；

3、fpga切換數據交換的路徑，從而適應不同的調制方式。在模擬調制方式（如am、fm等）下，數據在ad73311的串口、dsp的多通道緩沖串口0（mcbsp0）之間交換，無需經過語音編、解碼；而在數字調制方式（如psk、fsk等）下，數據在ad73311的串口、ambe2000的語音串行接口、ambe2000的信道串行接口和dsp的多通道緩沖串口1（mcbsp1）之間交換。

工作過程

總體工作流程如圖4所示。首先進行dsp的初始化，其中包括mcbsp0和mcbsp1的初始化，然后對ambe2000、ad73311進行復位（之后的200ms內ambe2000將自行完成工作狀態的設置），再通過fpga的切換將ad73311的串口與mcbsp0相連，把dsp的控制命令通過串口送入ad73311，主要是設定采樣速率、輸入和輸出增益，最后還要進入數據模式。若電臺工作在數字調制方式下，還需在ad73311的設置完成后將ad73311的串口與ambe2000的語音接口相連。最后進入空循環，等待dsp的串口中斷，在串口中斷中完成數據的交換。dsp與ad73311的數據交換沒有嚴格的幀格式，只需按照串口時序傳輸即可，這里不再贅述，下面著重討論dsp與ambe2000的數據交換。

ambe2000的壓縮數據格式

ambe2000的壓縮數據格式有兩種：格式化和非格式化，這里選擇格式化，因為其靈活性更強。格式化模式下，編碼器約每20ms生成一個壓縮數據包，并通過信道串行接口進行一次集中傳輸。數據包由24個字組成，每個字16比特，前12個字由幀頭、狀態及控制信息組成；后12個字是信道數據，當壓縮數據率低于9.6kbps時，前面為有效數據，后面填零。同樣，要對解調數據進行譯碼，信道應該約每20ms向譯碼器提供一個壓縮數據包，這時可以通過向ambe2000寫適當的控制字來改變由管腳設定的工作狀態。數據包傳輸時序如圖5所示。結構如表1所示。

因為ambe2000的編碼數據包有一個幀頭0x13ec，所以考慮在mcbsp1接收中斷中通過匹配幀頭來定位有效數據。另外，第2~6個字為壓縮數據率特征字，在特定的數據率下，這5個字也是確定的。比如，在壓縮數據率為4kbps（2.4kbps語音數據+1.6kbps前 向糾錯）時，第2~6個字分別為：0x1030、0x0001、0x0000、0x341a、0x6750，所以可以采用多幀頭匹配的方法來提高有效 數據定位的可靠性。4kbps的壓縮數據率下，有效數據為每幀的第12~16個字。dsp取數流程如圖6所示。

解碼時，ambe2000要求dsp每20ms主動向其提供一包數據。這里由fpga產生一個周期為20ms的中斷/int1，dsp在這個中斷中將指針置零并打開發送串口，在串口中斷中按照解碼幀格式向ambe2000送數。前12次串口中斷發送幀頭、控制字，可以改變ambe2000的工作狀態；第13~17次中斷中依次發送解調數據；第18~24次中斷發送零，第24次中斷還需關閉發送串口。dsp送數流程如圖7所示。

本 文在介紹ambe2000和ad73311功能特點和基本結構的基礎上，詳細講解了二者在多模式電臺中的應用。二者配合使用，不僅語音效果好、電路設計簡單，而且能夠適應多種調制方式、多種數據速率，滿足多模式的要求。