AMBE-2000TM語音壓縮編碼電路分析
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1 引言
語音壓縮編碼技術(shù)一直是在盡可能低的數(shù)碼率下獲得盡可能好的合成語音質(zhì)量的矛盾中發(fā)展的。數(shù)碼率實質(zhì)上反映的是頻帶寬度，降低數(shù)碼率實質(zhì)上就是壓縮頻帶寬度。近10年來，固定電話和移動通信高速發(fā)展，頻率資源變得愈加寶貴，信道利用率成為一項關(guān)鍵因素，這促使語音壓縮技術(shù)，即語音編碼技術(shù)不斷發(fā)展。在有線通信及移動通信、衛(wèi)星通信和掌上電腦的語音傳送應(yīng)用中，語音編碼依舊扮演著十分重要的角色。
基于多帶激勵(MBE)算法，1997年，美國數(shù)字語音系統(tǒng)公司(DVSI)研制出先進的多帶激勵(AMBE-Advanced MBE)語音雙工編解碼芯片AMBE-1000TM，AMBE算法是標準MBE的改進和補充。隨后又推出AMBE-2000TM型語音壓縮碼電路。該壓縮技術(shù)已被證明優(yōu)于CELP，RELP，VSELP，MELP，ECELP，MP-MLQ，LPC-10及其他壓縮技術(shù)。該語音電路能應(yīng)用于包括數(shù)字移動通信系統(tǒng)在內(nèi)的許多領(lǐng)域，如衛(wèi)星通信、保密通信、語音多路技術(shù)、語音郵件、多媒體、IP電話等。
2 多帶激勵編碼的原理
美國麻省理工學院(MIT)的D．W．Griffin博士提出的多帶激勵(MBE)語音編碼方案突破了二元激勵的局限性，是一個不用預(yù)測殘差的完全的參數(shù)語音編碼器，在2．0kb／s～4．8kb／s速率內(nèi)能夠合成質(zhì)量比傳統(tǒng)聲碼器好得多的語音，并且具有較好的自然度和容忍環(huán)境噪聲的能力，是目前這一速率范圍內(nèi)的一種較理想的編碼算法。
2．1 MBE的基本原理
多帶激勵的基本原理如圖1所示，將語音譜按各基音諧波頻率分成若干個帶，對各帶信號分別進行清濁音判決。總的激勵信號由各帶激勵信號相加構(gòu)成。對于濁音帶用以基音周期為間隔的脈沖序列譜作為激勵信號譜；對于清音帶采用白噪聲譜作為激勵信號譜，最后將各帶信號相加，形成全帶激勵信號。激勵信號通過時變數(shù)字濾波器，確定各諧波帶的相對幅度和相位，將激勵譜映射為語音譜。這種方案能將合成語音與原始語音在頻譜的細致結(jié)構(gòu)上擬合得很好，更加符合實際語音的特性，因而能夠獲得較高的自然度。
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2．2 AMBE的語音壓縮算法
AMBE是在MBE基礎(chǔ)上的改進和補充，基本算法是先將輸入的每幀160個數(shù)字話音取樣，分成交迭的段，經(jīng)模型分析后得出該幀的模型參數(shù)。編碼器先進行V／U判別，將其分成交迭的8個段；再對每個段進行模型分析，得到模型參數(shù)，然后量化編碼，最后加上前向糾錯碼(FEC)，以2．0kb／s～9．6kb／s的碼率發(fā)送。解碼器將接收到的比特流進行相應(yīng)的糾錯解碼，將重構(gòu)模型參數(shù)，再利用這些參數(shù)進行合成，恢復(fù)出語音。
3 AMBE-2000TM電路簡介
3．1 電路優(yōu)點
1)優(yōu)異的語音質(zhì)量；2)低造價，低功耗，緊湊的引腳100 TQFP型封裝；3)無需外部存儲器；4)較強的抗干擾能力；5)支持插入前向糾錯碼的可變速率(2．0kb／s～9．6kb／s)；6)全雙工實時處理；7)語音激活探測(VAD)／舒適背景噪音插入；8)雙音多頻(DTMF)探測和生成；9)回音抵消。
3．2 基本工作原理
該電路可以被視為兩個獨立的部分即編碼器和解碼器。編碼器接收8kHz話音數(shù)據(jù)流(16位線性、8位A率、8位μ率)并以所希望的碼率輸出數(shù)據(jù)流到傳輸信道上，相反，解碼器接收從傳輸信道上傳送的數(shù)據(jù)流合成出8kHz話音數(shù)據(jù)流。其編碼器與解碼器的接口時序是完全異步的?；竟ぷ髟砣鐖D2所示。
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