數(shù)話同傳控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖3中CLK_2048K為2048kHz的時鐘信號，CLK1_8K和CLK2_8K均為8kHz的時鐘信號。可以看出，分立元器件較多，時鐘源之間的干擾比較大，電路運行不太穩(wěn)定。本系統(tǒng)中用一片EPM7128實現(xiàn)，用VHDL語言編寫時序發(fā)生器，大大簡化了電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖4是在MAXPLUSII上仿真MC145480從AMBE1000話音Codec讀取數(shù)據(jù)的波形。
　　從仿真波形上可以看出，在MC145480的接收幀同步信號FSR的下降沿到來時，開始在接收位時鐘信號BCLKR的作用下采樣從AMBE1000話音Codec傳過來的數(shù)據(jù)(AMBE1000的tx_do端)。在采樣一個字節(jié)后停止采樣，余下的FSR為低電平的時間(一個FSR的周期內(nèi))用來給MC45480的DA轉(zhuǎn)換提供緩沖時間。在下一個FSR的下降沿到來時又周而復(fù)始地重復(fù)上述操作。
2.2 話音壓縮數(shù)據(jù)的處理
　　AMBE1000話音Codec輸出數(shù)據(jù)是以幀為單位[2]，每20ms輸出一幀，每幀的大小為34bytes,其中幀頭為10bytes,壓縮語音數(shù)據(jù)24bytes。數(shù)據(jù)格式如表1所示。

如果按全幀發(fā)送，1s內(nèi)必須傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)為：
　　34bytes × 8bit/bytes × 50 = 13600bit
　　而Modem 的最大傳輸速率為9600bps，根本無法進行傳輸，更談不上實現(xiàn)數(shù)據(jù)和語音同傳了；另一方面，本系統(tǒng)沒有必要將壓縮語音數(shù)據(jù)按全幀發(fā)送，只需傳送有效語音數(shù)據(jù)。壓縮速率為2400bps 時，每幀輸出的有效語音數(shù)據(jù)為：
　　2400bps / (50 × 8bit) = 6 bytes
　　這樣在幀尾會有18bytes(24bytes-6bytes=18bytes)的無效0數(shù)據(jù)，全幀傳輸時這些無用的0也參與了傳輸。從節(jié)省帶寬方面考慮，必須進行幀頭和幀尾的處理，并重組數(shù)據(jù)幀。為此，在程序中做了如下處理： 當檢測到有話音數(shù)據(jù)時，單片機每20ms對AMBE1000話音Codec進行一次讀寫操作，將接收到的一幀數(shù)據(jù)存入一個緩沖區(qū)，去掉不必要的幀頭和幀尾無效的0，得到純語音數(shù)據(jù)(每幀6字節(jié))。每隔60ms即連續(xù)等待三次AMBE話音Codec中斷處理后(共18字節(jié)的有效語音數(shù)據(jù))，將有效的語音數(shù)據(jù)與外部接收的數(shù)據(jù)一起打包發(fā)給Modem。接收端反之，單片機將Modem解調(diào)出來的語音數(shù)據(jù)，按每6個字節(jié)，先進行必要的幀頭設(shè)置，再添加上幀尾的0，恢復(fù)一幀完整的數(shù)據(jù)傳給AMBE1000話音Codec進行解壓縮。這樣充分利用了信道資源，并且語音延遲比較小，外部數(shù)據(jù)傳輸率也比較高。
2.3 數(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào)
　　外部輸入的數(shù)據(jù)和來自AMBE1000話音Codec的數(shù)據(jù)被單片機打包成如表2所示的數(shù)據(jù)格式。

6 字節(jié)的幀頭包括兩字節(jié)的位同步、兩字節(jié)的幀同步以及兩個自定義的控制字節(jié)。這兩個控制字節(jié)可用于區(qū)分語音數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)，以及在半包發(fā)送時指示數(shù)據(jù)塊中實際數(shù)據(jù)的多少。每18個字節(jié)作為一個小數(shù)據(jù)包，數(shù)話同傳時，語音數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)各占一小包。一個字節(jié)的幀尾標志一般為0x33。這樣的一幀數(shù)據(jù)傳給FX909,帶上FEC和CRC位后，最大數(shù)據(jù)量為：(6＋1＋30+30+1)×8bit=544bit。在60ms的時間內(nèi)，Modem有能力完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送(60ms×9600bps＝576bit>544bit)。這從一個側(cè)面證明了本系統(tǒng)采用的數(shù)話同傳方案的可行性。FX909工作在任務(wù)方式下，單片機通過寫任務(wù)到FX909的命令寄存器去指示Modem的工作，當FX909完成工作后以中斷的形式通知單片機當前操作已經(jīng)完成。軟件實現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程如下[5]：發(fā)送數(shù)據(jù)時，設(shè)置FX909的工作模式為發(fā)送狀態(tài)，寫幀頭數(shù)據(jù)，設(shè)置任務(wù)＝T7H，發(fā)7個字節(jié)幀頭(FX909內(nèi)部幀頭帶一個字節(jié)的FEC和CRC)；然后往FX909 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中寫入18 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，設(shè)置任務(wù)＝TDB，發(fā)送數(shù)據(jù)塊；若本幀未結(jié)束，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)塊，發(fā)送結(jié)束后再發(fā)一個字節(jié)的幀結(jié)束標志；如此反復(fù)直到所有的數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束為止。接收數(shù)據(jù)時，先設(shè)置FX909 的工作模式為接收狀態(tài)，檢測到載波信號后，寫幀同步字節(jié)至數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，設(shè)置任務(wù)＝LFSB,進行比特同步；然后設(shè)置任務(wù)＝SFH,查找?guī)^，讀出幀頭控制字節(jié)后設(shè)置任務(wù)＝RDB，讀出18個字節(jié)的數(shù)據(jù)；若本幀未結(jié)束，繼續(xù)讀數(shù)據(jù)塊，否則查找下一個幀頭；如此反復(fù)，直至接收完所有的數(shù)據(jù)。同時還可以讀出CRC和FEC標志位信息，進行相應(yīng)的處理。
　　本文實現(xiàn)的數(shù)話同傳控制器具有話音延遲短、數(shù)據(jù)傳輸量大的特點，有效地解決了語音信號延遲比較大和外部數(shù)據(jù)傳輸量受限問題，能夠滿足絕大多數(shù)場合下話音通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?有著廣泛的應(yīng)用前景。