基于CMX618的数字语音通信系统

l CMX618功能与特点
1．1 RALCWI算法
CMX618是接近长话级的半双工语音编解码芯片，通过一种新的数据速率算法技术――RALCWI技术，对语音进行编解码处理。RALCWI是一种鲁棒的先进的复杂性波形插入技术，与其他语音编解码技术不同，它使用独有的信号分解和参数编码方法，可确保在较高的压缩率下有很好的语音质量。在声码器中，采用RALCWI技术实现的语音质量与编码位速率在4 Kb／s以上的标准声码器话音质量基本相符。它的MOS(平均意见得分)处于3．5～3．6之间，而且表现相当优秀。
RALCWI声码器以帧一帧为基础进行传输。在8 kHz的采样速率下，对语音信号进行分帧处理，每帧语音包含160个采样点，形成20 ms的元语音帧。语音编码器以较高的计时分辨率(8次／帧)进行语音分析，对每一个语音段都会生成一系列的评估参数。然后，使用不同的矢量量化(VQ)方法，这些估算参数被量化生成41 b，48 b或55 b的帧。值得一提的是，这些向量量化值是以多语言语音为基础进行混合编排的，包含了东西方多种语言的语音采样值。
1.2 芯片主要功能及特点
CMX618语音编解码芯片体积小，性能高，功耗低，其具体特点如下：
(1)编码时，有三种位速率可供选择(2 050 b／s，2 400 b／s或者2 750 b／s)。在选择前向纠错编码(FEC)的情况下，可通过信道编码和交织处理形成3 600 b／s的位数据流(60 ms／216 b的数据包或80 ms／288 b数据包)。
(2)解码时，可选择前向纠错(FEC)解码器对输入编码后的语音位流(216 b／60 ms或者288 b／80 ms的数据包)进行解交织和信道解码，生成纠错后的编码语音位速率为2 050 b／s，2 400 b／s或者2 750 b／s，速率依据所选的模块而定。当使用FEC解码器时，可利用“软决策”方法增强解码功能，减小误码的产生。
(3)内部含有一个集成的语音压缩／解压器(CODEC)，实现模拟语音到低位速率编码的压缩／解压过程。
(4)芯片大部分功能，均可通过软件编程的方式，配置内部的寄存器来实现，简单方便。
(5)具有非连续发送检测(DTX)、舒适噪声生成器(CNG)、语音激活检测(VAD)和双音多频信号检测(DTMF)的检测和产生等辅助功能，使语音性能达到最佳。
1．3 CMX618工作原理
CMX618内部结构图如图1所示。

由结构图可以看出，CMX618主要由音频压缩／解压器(CODEC)、RALCWI编解码器、前向纠错编解码器和其他特殊功能模块几部分组成。
编码时，输入的模拟语音首先要经过音频压缩／解压器(CODEC)模块，进行调节增益、A／D转换、滤波和压缩处理，然后进入编码器中开始编码。编码后，如果选择使用前向纠错(FEC)功能，则会对编码进行纠错处理，尽量消除误码。这样，编码后的语音数据，按选择的位速率和帧的结构生成数据包，利用C-BUS串行总线，传输到微控制器LPC2138中。
解码是编码的逆处理过程。经C-BUS串行总线传输的数字语音，进入解码器(可选择FEC功能)开始解码，然后经过解压、滤波、D／A转换、调节增益等处理后，就成为可以听到的模拟语音。另外，在编码和解码期间，如果选择一些辅助功能，例如非连续发送检测(DTX)、语音激活检测(VAD)或双音多频信号检测(DTMF)时则需另行处理。

2 系统设计实现
2．1 微控制器
ARM微控制器具有内核耗电少，功能强，成本低等优点，现在多应用于无线通信、GPS、智能手机开发等诸多领域。这里选用PHILIPS公司的LPC2138作为数字语音通信模块的主控制器。LPC2138是一个基于支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器芯片，较小的封装和很低的功耗使LPC2138特别适用于小型系统中。此外，由于LPC2138片内集成了ROM，RAM，A／D和多个外设模块，如通用I／O口、定时器、串行口等，因此非常适合于通信网关、协议转换器、软件modem、语音识别、低端成像等场合，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。