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语音处理芯片AC48105在低速语音编码设备中的应用

作者:时间:2004-12-11来源:网络收藏
摘要:是以色列AudioCodes公司生产的一种专用,可用于完成低比特率的压缩解压和传真等功能。该内含5路相互独立的复用信道,可以传输、传真和数据信息,带有的16位DSP内核可提供多种语音格式。文中结合该语音中的,详细介绍了其工作模式及配置方法。

关键词:;DSP内核;工作模式;语音压缩编码

是AudioCodes公司生产的一种专用语音芯片,它具有低比特率的语音压缩编码、解压和传真等多种功能,内含5路相互独立的复用信道,可以传输语音、传真和数据信息。芯片内核为16位的DSP,其中固化有芯片本身所提供的各种编码操作格式。文中将主要介绍AC48105在语音编码中通过配置DSP内核来实现语音压缩和解压功能的具体方法。

1 主要性能

语音压缩编码是相对于64kbps的PCM(脉冲编码调制)常规语音编码而言的。近年来,低比特率语音编码的研究取得了较大的飞跃,目前甚至出现了速率在1kbps左右的语音编码算法。而专用语音芯片AC48105能提供多种低比特率的语音编码格式及服务,具体内容如下:

●基于G.729(附A)协议的8kbps CS-ACELP语音编码;

●基于G.723.1协议的6.3/5.3kbps MP-MLQ语音编码;

●基于G.726/G.727协议的16~40kbps ADPCM和E-ADPCM语音编码;

●基于G.711协议的64kbps μ律/A律PCM语音编码;

●6.4、7.2、8.0、8.8、9.6kbps的NetCoder语音编码;

●基于G.729(附B)协议的静音抑制,包括语音激活检测(VAD)和舒适噪音发生器(CNG);

图1

●基于G.723.1(附A)协议的VAD和CNG静音抑制。

AC48105的主要特性有:

●可进行自动语音/传真/数据切换;

●损毁封包自动修复;

●G.168/G.165的自适应回声抑制;

●带有E&M,AB,ABCD的接口;

●具有信道内信号的传输(CAS)功能;

●可对TIA 464B DTMF信号进行检测及再生;

●带内信号传输(IBS),包括MF R1,R2,SS-4,SS-5,AC15和呼叫过程;

●具有可编程音频信号传输功能;

●可控制输入、输出增益;

●片内带有PCM的高速接口,可支持T1,E1和Multiple E1格式;

●具有并行主机处理器接口;

●可实时全双工工作。

2 芯片工作模式和命令

AC48105的内核是16位的DSP,其中固化了多种编码操作。其DSP内核与外部主机的数据交换可通过8根复用的地址/数据总线来实现。AC48105有如下四种工作模式:

(1) 重置和内核下载模式(Reset/Kernel Down-load Mode);

(2) 编程下载模式?Program Download Mode?;

(3) 初始化模式?Initiation Mode?;

(4) 运行模式(包括闲置状态和激活状态)(Run Mode(Idle State and Active State))。

上述四种模式一起组成了芯片完整的操作流程。图1是其工作模式序列图。

●重置和内核下载模式

上电时,该模式启动,当重置信号被激活(RESET管脚箝制在低电平)时,其内核代码被下载到AC48105中。

●编程下载模式

编程下载模式的启动需同时满足两个条件,一是主机设置AC48105中的HPIC寄存器,使HINT信号变为高电平;二是内核下载成功。

编程下载结束时,芯片自动进入初始化模式。

●初始化模式及命令

处于该模式时,主机发出的命令对芯片每个通道的初始化模式均有效。其主要的初始化命令及命令格式分别如表1、表2所列。

表1 主要初始化命令

命 令 名 称操作码值(Opcode Value)信号(Signaling)
PCM命令00h不相关
Run命令01h不相关
Debug命令03h不相关
MSIG命令04h不相关
Extended Signal命令06h仅当ES=1
Call Progress命令07h仅当ES=1
用户自定义音频命令08h仅当ES=1

表2 初始化命令格式

Frame Title(帧结构)Bit Number(位结构)
1514131211109876543210
Syns Header(同步头)0ID(识别号)AAh
Command Header(命令头)Length(长度)OPCode(操作码)
Parameter 1(参数1) 
…… 
Parameter n(参数n) 
Checksum Footer(校验和页脚)0Sequence Number(序列号)Checksum(校验和)

每个命令都有一个同步头AA h。命令头中,操作码用来表示命令的类型,长度域则用于表明命令的字节数(16进制)。

当主机发出Run命令后,芯片就进入运行模式。

● 运行模式(包括闲置状态和激活状态)

芯片一旦进入该模式,所有的通道都被置为闲置状态,此时主机便开始为每个通道设置运行参数。当某通道处在闲置状态时,它所占有的时隙一般不会丢失。

与初始化模式不同的是,运行模式中的命令都只是针对单个通道有效。

如果系统中有多个AC48105芯片,主机必须依次对各芯片进行配置。表3所列为闲置状态的命令格式。

表3 闲置状态命令格式

Frame Title(帧结构)Bit Number(位结构)
1514131211109876543210
Sync Header(同步头)00hAAh
Command Header(命令头)Length(长度)OPCode(操作码)
Parameter 1(参数1) 
…… 
Parameter[(Length-4)/2](参数(Length-4)/2]) 

从闲置状态进入激活状态后,数据包将在每个帧间隙内通过激活通道,在AC48105和主机之间传输。对于语音传输来说,帧间隙长度由现行的语音编码方式和数据包有效载荷的块数决定。

3 芯片与主机接口(HPI)

HPI(Host Port Interface)是一个8位的并行接口,主机可以通过HPI访问语音芯片内部的存储器。由于语音芯片的内核是16-bit的处理器,因此,为了协调主机与AC48105之间的数据传送,HPI会自动将来自片内存储器的数据由字转换为两个字节的形式,同样它也会在向片内存储器写入数据之前,将两个字节的数据压缩成字的形式。HPI可以访问的片内存储器为2kB,地址为1000H~17FFH,同时主机也可以通过HPI访问这些地址,有关地址的分配如表4所列。

表4 HPI地址分配

地 址 范 围寄存器/缓冲区寄存器内容
1000内核下载缓冲-
104B导入状态寄存器满包=0,空包=1,校验和错误=2
104C程序下载块缓冲区-
166D存储包数量缓冲区范围为0-15
166E主机读包状态缓冲区满包=0,空包=1
166F主机写包状态缓冲区满包=0,空包=1
1670-1737主机写包缓冲区 
1738-17FF主机写包缓冲区 

实际上,HPI只需对片内存储器的4个寄存器进行访问即可,这四个寄存器分别是:控制寄存器,地址寄存器和数据寄存器,其中数据寄存器分为地址自动累加和地址不影响两种。

4 在数字程控交换机中的

4.1 系统简介

语音编码和数据交换能够完成的功能主要是实现基于数字交换的30路本地用户通话;5~14路局间语音交换、语音压缩及复接、速率在64k、128k、256k可调、电话会议、全部话务员功能以及实现微机监控等。该设备全部采用模块化设计,按功能可以分为以下几个模块:交换及控制模块、用户电路模块、语音压缩及复接模块和稳压电源及接口部分。各个模块之间的关系如图2所示。

4.2 语音压缩模块的工作原理和工作流程

该模块使用了3片AC48105芯片,每片芯片可配置成5个独立通道,对应着5个时隙,这样,3片芯片一共可以处理15个时隙信号,分别对应15个中继用户信息。同时每片AC48105还外带一片SRAM,用于为其内部的DSP运算提供所需的空间,但主机对SRAM不做额外地控制。

本系统中,主机采用Atmel公司的AT89C52单片机,其中P0口作为数据/地址低8位复用;P2口作为地址的高8位使用,该设计只用到了A8、A9、A13、A14、A15;P1口的P1.0、P1.1、P1.2分别用作三片语音压缩芯片的复位信号,P1.3作为压缩芯片的读/写复用信号。同时,压缩芯片的分离读信号和写信号分别接单片机的读、写控制口(即P3口的P3.6和P3.7)。单片机可通过高位地址译码访问三片语音芯片,具体操作为:在FPGA中将A15、A14和A13接3~8 译码器,000时选通语音芯片A,001时选通语音芯片B,010时选通语音芯片C。

采用的编码协议为G.729。该协议中以10ms为一个语音帧,每帧包含80个样本,这80个样本已经不是普通的语音信号,而是一些CELP模式的参数,包括线谱对、自适应码本延迟、基音延迟奇偶性、固定码本指标、固定码本符号、码本增益(第1级)、码本增益(第2级)等,对这些参数进行编码并传输之后,即可在译码器端,用于恢复激励与合成滤波器的参数。这样,在加电后,语音芯片开始加载其所需的两个软件程序代码:内核代码(kernel code)和程序代码(program code),这两个文件共占用122k Bytes的空间,可选一片Atmel的AT28C010-128k8的E2PROM存储器来存储,对E2PROM的访问可通过A15、A14、A13的译码和单片机的读信号来得到。值得注意的是,单片机对E2PROM的寻址必须顺序执行,两个软件按顺序从E2PROM的首地址开始放置,当两个软件顺序下载到一片语音芯片之后,在FPGA的内部将产生一个硬件清零,从而使E2PROM的地址指针再次指向首地址处,以用于下一片语音芯片的下载。在对3片AC48105进行正确加载后,单片机开始配置其工作状态,而后执行压缩/解压操作。由于每片语音芯片的内部只能存放15包数据,即每路通道有3包数据,每包代表10ms的语音帧,因此单片机需要在足够有效的时间段里依次轮询三片语音芯片,否则就会出现漏包而造成较大的数据流失。所以,单片机与3片语音芯片的数据交换需要一个缓冲区。本系统中,这个缓冲区由FPGA内部的双口RAM来完成,双口RAM写入与读出数据的时钟可以不相同,这样可保证写入与读出数据时相互不受影响。

当在闲置态运行激活命令时,语音芯片就进入激活态,此时语音芯片开始和单片机进行数据交换。在G.729协议下,每包数据代表10ms的语音数据(称为一个语音帧),一共80Bytes,当单片机向语音芯片写入待压缩数据时,需要在每个语音帧的帧头加16Bytes的命令头,中间是语音数据,末尾还要加上0~4Bytes的后缀。反之,当单片机从语音芯片中取出已解压的数据时,每个语音帧的帧头也有由语音芯片的DSP内核产生的16Bytes状态头,紧接状态头的是语音数据,末尾是0~4Bytes的后缀。



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