新型芯片類的Codec和用微控制器實現的Codec新技術

　　1、前言-發送與接收給Codec(編碼器/解碼器)提出新要求

　　今天，話音業務在最開始的時候就被轉換成了數字形式，并和成百上千的其他話音、電子郵件和網頁等信息一同，由一條光纖傳輸。

　　數字電話催生了信息時代，并繼續以新的技術，如因特網話音(VolP)，改變著通信工業的前景。然而，無論變化常最大， Codec(編解碼器)的工作不會改變,那就是必須在線路上的某個點，將話音轉換為數字，并將數字轉換回話音。

　　Codec 是coder/decoder(編碼器/解碼器)的縮寫，它包含：一個模擬到數字轉換器(ADC)，其作用將音頻轉換為位流；一個數字到模擬轉換器 (DAC)，其作用將收到的位流轉換回音頻；再加上一個接口，其作用和其他Codec共享總線，并通過總線插入/取回數字化的音頻信息。

　　一個Codec就是一片獨立的混合信號半導體器件。對于簡單應用而言，例如端局交換機中的線卡，這種獨立的IC方案能夠很好地工作。然而，很多時候還希望對要發送的音頻信號作一些預處理(例如限幅、動態范圍壓縮或頻譜整形等)，或對收到的音頻信號作一些后處理(例如噪聲抑制)。則對于這種獨立式Codec而言，這些預/后處理任務比較難以實現。這是因為模擬音頻信號一經Codec轉換，就再也沒有機會作進一步處理己直接連接到PCM(脈沖編碼調制)干線的這種獨立式的Codec了。怎么辦？可以應用一種新的方案，即采用當今各新型微控制器(μC)和外部DAC作音頻Codec，同時對入站和出站位流進行額外的處理。值此以MAXQ3120微控制器為例,如何應用將其變為音頻Codec的方案作分折說明，并對新型芯片類Codec作介紹。為此應先了介有關 Codec基本技術。

　　2、采用MAXQ3120微控制器(μC)和外部DAC作音頻Codec新方案

　　值此應先了介有關Codec基本技術。

　　2、Codec基本技術

　　2.1碼字的長度的選擇

　　在數字電話還未問時，人們就定義保持一個話音信號清晰可辨的必要頻段約為300Hz至3.5kHz。此范圍之外的頻率對于語音信號的清晰度無益。根據 Nyquist定律，對于信號的采樣率必須至少為其最高頻率的兩倍，因此所有話音Codec都工作于每秒8,000個采樣-多于所要求的3.5kHz的兩倍，每個采樣都被轉換為一個數字化的碼字。然而，碼字的長度又帶來另一個問題。在任何數字系統中，都必須在信號的完整性和字長間做出折衷。

　　為獲得高保真，系統設計者應選擇較大的字長，但位數越多帶寬越高，而帶寬是要付出成本的。另一方面，如果設計者選擇較小的字長以節省帶寬成本，話音質量就會有所損失。實踐證明，為了適應人類話音的整個范圍，從最輕的低語到大聲的喊叫，看起來有必要采用十二到十四位分辨率。

　　2.2非線性Codec最佳方案-典型PCM Codec的響應曲線

　　圖1 是典型PCM Codec的響應曲線,是最佳方案是非線性Codec。從圖1中看出這種類型的Codec特征：人們的耳朵對于響亮聲音的小誤差更“寬容”，而對于微弱聲音的小誤差很敏感。圖1中，靜默狀態位于零線附近；輕微的話音相對于中心線有小量偏移，而響亮的話音偏移較多。在這樣的器件中，零線附近的編碼密度高于遠離零線處的編碼密度，使Codec既能為低電平信號提供滿意的性能，同時為高電平信號提供足夠的動態范圍。

　　2.3數字端其Codec必須與PCM干線接口。

　　各個Codec并不是通過單獨的一組線連接到其相應的中繼設備上，而是一定數量的Codec一同被連接到一條共享的總線-PCM干線上。為了協調傳輸過程，這些Codec共用一個位時鐘，而用單獨的幀脈沖指揮每個器件開始發送和接收。按照北美標準，24個Codec共享一條PCM干線，某種類型的時序器邏輯以1,544,000位/秒的速率控制著其運行節奏。

　　2.2 PCM Codec的類型設定,即采樣信號進行編碼的方案

　　當今，用于電話的PCM Codec已有了統一的幀速率(采樣率)。常用的采樣信號進行編碼方案有兩種：A率(用于歐洲的)和μ率(用于美國和日本的)。有兩種基本線速率正在使用：歐洲的E1(2.048Mbps)和美國的DSl(1544Mbps)。故值此討論的設計為DSI(或稱TI) Codec，其工作于A率或U率模式。

　　μ率編碼方案按照一定規則(公式)對采樣信號進行編碼：其中μ是本規則的特征參數，典型為255。A 率Codec的編碼方式略有不同：其中A是本規則(公式)的特征參數，通常為87.6，有些情況下為87.7。需要注意的是，當接近于零時，A率函數是線性的；只有當輸入大于1/A后它才變為對數。