新型芯片类的Codec和用微控制器实现的Codec新技术

　　1、前言-发送与接收给Codec(编码器/解码器)提出新要求

　　今天，话音业务在最开始的时候就被转换成了数字形式，并和成百上千的其他话音、电子邮件和网页等信息一同，由一条光纤传输。

　　数字电话催生了信息时代，并继续以新的技术，如因特网话音(VolP)，改变着通信工业的前景。然而，无论变化常最大， Codec(编解码器)的工作不会改变,那就是必须在线路上的某个点，将话音转换为数字，并将数字转换回话音。

　　Codec 是coder/decoder(编码器/解码器)的缩写，它包含：一个模拟到数字转换器(ADC)，其作用将音频转换为位流；一个数字到模拟转换器 (DAC)，其作用将收到的位流转换回音频；再加上一个接口，其作用和其他Codec共享总线，并通过总线插入/取回数字化的音频信息。

　　一个Codec就是一片独立的混合信号半导体器件。对于简单应用而言，例如端局交换机中的线卡，这种独立的IC方案能够很好地工作。然而，很多时候还希望对要发送的音频信号作一些预处理(例如限幅、动态范围压缩或频谱整形等)，或对收到的音频信号作一些后处理(例如噪声抑制)。则对于这种独立式Codec而言，这些预/后处理任务比较难以实现。这是因为模拟音频信号一经Codec转换，就再也没有机会作进一步处理己直接连接到PCM(脉冲编码调制)干线的这种独立式的Codec了。怎么办？可以应用一种新的方案，即采用当今各新型微控制器(μC)和外部DAC作音频Codec，同时对入站和出站位流进行额外的处理。值此以MAXQ3120微控制器为例,如何应用将其变为音频Codec的方案作分折说明，并对新型芯片类Codec作介绍。为此应先了介有关 Codec基本技术。

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

　　值此应先了介有关Codec基本技术。

　　2、Codec基本技术

　　2.1码字的长度的选择

　　在数字电话还未问时，人们就定义保持一个话音信号清晰可辨的必要频段约为300Hz至3.5kHz。此范围之外的频率对于语音信号的清晰度无益。根据 Nyquist定律，对于信号的采样率必须至少为其最高频率的两倍，因此所有话音Codec都工作于每秒8,000个采样-多于所要求的3.5kHz的两倍，每个采样都被转换为一个数字化的码字。然而，码字的长度又带来另一个问题。在任何数字系统中，都必须在信号的完整性和字长间做出折衷。

　　为获得高保真，系统设计者应选择较大的字长，但位数越多带宽越高，而带宽是要付出成本的。另一方面，如果设计者选择较小的字长以节省带宽成本，话音质量就会有所损失。实践证明，为了适应人类话音的整个范围，从最轻的低语到大声的喊叫，看起来有必要采用十二到十四位分辨率。

　　2.2非线性Codec最佳方案-典型PCM Codec的响应曲线

　　图1 是典型PCM Codec的响应曲线,是最佳方案是非线性Codec。从图1中看出这种类型的Codec特征：人们的耳朵对于响亮声音的小误差更“宽容”，而对于微弱声音的小误差很敏感。图1中，静默状态位于零线附近；轻微的话音相对于中心线有小量偏移，而响亮的话音偏移较多。在这样的器件中，零线附近的编码密度高于远离零线处的编码密度，使Codec既能为低电平信号提供满意的性能，同时为高电平信号提供足够的动态范围。

　　2.3数字端其Codec必须与PCM干线接口。

　　各个Codec并不是通过单独的一组线连接到其相应的中继设备上，而是一定数量的Codec一同被连接到一条共享的总线-PCM干线上。为了协调传输过程，这些Codec共用一个位时钟，而用单独的帧脉冲指挥每个器件开始发送和接收。按照北美标准，24个Codec共享一条PCM干线，某种类型的时序器逻辑以1,544,000位/秒的速率控制着其运行节奏。

　　2.2 PCM Codec的类型设定,即采样信号进行编码的方案

　　当今，用于电话的PCM Codec已有了统一的帧速率(采样率)。常用的采样信号进行编码方案有两种：A率(用于欧洲的)和μ率(用于美国和日本的)。有两种基本线速率正在使用：欧洲的E1(2.048Mbps)和美国的DSl(1544Mbps)。故值此讨论的设计为DSI(或称TI) Codec，其工作于A率或U率模式。

　　μ率编码方案按照一定规则(公式)对采样信号进行编码：其中μ是本规则的特征参数，典型为255。A 率Codec的编码方式略有不同：其中A是本规则(公式)的特征参数，通常为87.6，有些情况下为87.7。需要注意的是，当接近于零时，A率函数是线性的；只有当输入大于1/A后它才变为对数。