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数话同传控制器的设计与实现

作者:时间:2009-04-09来源:网络收藏

话音和数据有多种方案,这些方案大都先将话音信号数字化,经过压缩后与外部数据一起打包传输。主要区别在于发送一包话音数据与外部数据的占用时间,以及话音数据与外部数据在包内的分割时长。常见的有两种方案[1]。一是日本救护车所用的数话方案,可将病人的身体状况的检测数据与话音。在这一方案中,以625ms为一个话音压缩周期,其中187.5ms用于传送数据,437.5ms用于传送话音,外部数据时隙占整个信道时间的30%,时话音延迟约为200ms。另一种是UIC建议的方案。这个方案以1040ms为一个周期,其中260ms用于传输数据,780ms用于传输压缩话音,数据时隙占整个信道的时间为25%。这一方案由于数据占用的时间较短,因此可以提供较好的通话质量,但话音延迟260ms,在双工通话时会使人感到不适,数据传输量也不高。
  上述两种方案的话音延迟都较长,同时外部数据时隙占信道的时间比较短,发送数据量受到一定的限制,主要用于传送话音信号。本文在保证传送话音质量的基础上,尽量减小话音延迟,提高外部数据分割时长,同时根据 的特点,提出了如图1 所示的方案。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/173789.htm

 [2]采用基于MBE(多带话音激励)模型的压缩技术,已被证明优于CELP、MP-MLQ、LPC-10以及其它的压缩技术,MOS分达到3.5分,能够在低至2.0kbps的压缩速率下保持高质量的话音。所以本系统采用2.4kbps的话音压缩速率时仍然有很好的自然度和可懂性。当单片机查询到有话音数据时,不中断数据的传输,而是延迟60ms,单片机再将传过来的话音数据处理后与外部数据一起打包发给数话同传。从上述方案中可以看出,话音信号的延迟不会超过120ms,优于前两种方案,能够很好地满足实时性的要求;外部数据时隙占整个信道时间约为46%,分割时长也比前两种方案高,此时外部数据传输率约为4800bps。没有话音数据传输时,单片机直接对外部数据进行打包传送,数据传输率为 的传输率,即为9600bps。
1 系统的硬件组成及工作原理
1.1系统的硬件结构
  整个系统的硬件结构框如图2所示。
  系统以Atmel公司的单片机AT89S52和Altera公司的芯片EPM7128为主控芯片。AT89S52是一款低功耗、高性能的8位微处理器,负责整个系统的绝大多数工作,内部带有8KB可编程的FLASH存储器,无需扩展ROM,自带ISP口,可灵活地进行在系统可编程,可以通过全双工的标准串口与外部计算机或PLC交换数据。EPM7128[3]是Altera公司的MAX7000系列中的一款,具有高阻抗、电可擦写等特点,可用门单元为2500个,管脚间最大延时为5ns,主要用来话音压缩和解压缩所需的时序及逻辑控制。话音预处理和ADC-DAC单元采用MC145480[4],其内集成了300Hz~3400Hz的带通滤波器、AD和DA转换器,采样频率为8kHz,每个采样值采用8比特(256个量化级)编码,可输出A 律和μ律可选的64kbps的PCM 信号。话音压缩和解压缩通过AMBE1000[2]完成,压缩速率从2.4kbps~9.6kbps,A/μ律可选,具有语音检测、回声抑制和休眠等功能[2]。数据调制解调部分的核心器件是无线单片收发芯片FX909[5]。此芯片采用调制解调方式,频带利用率非常高,特别适合在窄带的数传系统中,内部硬件FEC和CRC算法,同时兼容Mobitex无线广域网空中接口标准。模拟调频电台将从Modem输出的GMSK信号经过二次调制到数传信道上传输,带宽一般为25kHz,新西兰大吉公司、美国的MDS公司、日本的建武的模拟台都可实现此功能。
1.2 系统工作原理
  在无话音数据传输时,AT89S52将从串口接收的数据打包处理后发送给Modem,Modem对传过来的数据增加前向纠错(FEC)、循环冗余校验(CRC)位后,按Mobitex标准的数据格式进行交织和扰码处理,再附上比特同步和帧同步字节后,对数据包进行GMSK调制,输出音频的GMSK信号,再由电台将其调制到模拟调频话音信道上传送出去。当有话音数据传输时,模拟话音输入MC145480,经过8kHz 的A律编码输出64kbps的PCM信号。经过AMBE1000压缩后,输出2.4kbps的压缩话音数据,这些话音数据经单片机AT89S52除包延时处理后与串口接收的外部数据一起打包送到调制解调模块,实现数据和话音的同时传输。
  数据接收时,Modem从模拟调频电台读入音频信号进行GMSK解调,经检错和撤包处理后,将数据传送给AT89S52。单片机经过判断处理后,如果是外部的数据,则直接通过串口输出;如果是话音数据,则经过处理后送给AMBE1000解压缩,输出的PCM信号经过A律解码和DAC,还原成模拟话音信号输出。
2 软件及实现
  整个系统的软件主要包括三大部分:MC145480和AMBE1000的接口时序的实现、语音压缩数据的处理、数据的调制和解调。
2.1 接口时序的实现
  AMBE1000话音Codec与MC145480的接口关系[2]如图3所示。

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