新型芯片類的Codec和用微控制器實(shí)現(xiàn)的Codec新技術(shù)

　　1、前言-發(fā)送與接收給Codec(編碼器/解碼器)提出新要求

　　今天，話音業(yè)務(wù)在最開(kāi)始的時(shí)候就被轉(zhuǎn)換成了數(shù)字形式，并和成百上千的其他話音、電子郵件和網(wǎng)頁(yè)等信息一同，由一條光纖傳輸。

　　數(shù)字電話催生了信息時(shí)代，并繼續(xù)以新的技術(shù)，如因特網(wǎng)話音(VolP)，改變著通信工業(yè)的前景。然而，無(wú)論變化常最大， Codec(編解碼器)的工作不會(huì)改變,那就是必須在線路上的某個(gè)點(diǎn)，將話音轉(zhuǎn)換為數(shù)字，并將數(shù)字轉(zhuǎn)換回話音。

　　Codec 是coder/decoder(編碼器/解碼器)的縮寫(xiě)，它包含：一個(gè)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，其作用將音頻轉(zhuǎn)換為位流；一個(gè)數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器 (DAC)，其作用將收到的位流轉(zhuǎn)換回音頻；再加上一個(gè)接口，其作用和其他Codec共享總線，并通過(guò)總線插入/取回?cái)?shù)字化的音頻信息。

　　一個(gè)Codec就是一片獨(dú)立的混合信號(hào)半導(dǎo)體器件。對(duì)于簡(jiǎn)單應(yīng)用而言，例如端局交換機(jī)中的線卡，這種獨(dú)立的IC方案能夠很好地工作。然而，很多時(shí)候還希望對(duì)要發(fā)送的音頻信號(hào)作一些預(yù)處理(例如限幅、動(dòng)態(tài)范圍壓縮或頻譜整形等)，或?qū)κ盏降囊纛l信號(hào)作一些后處理(例如噪聲抑制)。則對(duì)于這種獨(dú)立式Codec而言，這些預(yù)/后處理任務(wù)比較難以實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)槟M音頻信號(hào)一經(jīng)Codec轉(zhuǎn)換，就再也沒(méi)有機(jī)會(huì)作進(jìn)一步處理己直接連接到PCM(脈沖編碼調(diào)制)干線的這種獨(dú)立式的Codec了。怎么辦？可以應(yīng)用一種新的方案，即采用當(dāng)今各新型微控制器(μC)和外部DAC作音頻Codec，同時(shí)對(duì)入站和出站位流進(jìn)行額外的處理。值此以MAXQ3120微控制器為例,如何應(yīng)用將其變?yōu)橐纛lCodec的方案作分折說(shuō)明，并對(duì)新型芯片類Codec作介紹。為此應(yīng)先了介有關(guān) Codec基本技術(shù)。

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

　　值此應(yīng)先了介有關(guān)Codec基本技術(shù)。

　　2、Codec基本技術(shù)

　　2.1碼字的長(zhǎng)度的選擇

　　在數(shù)字電話還未問(wèn)時(shí)，人們就定義保持一個(gè)話音信號(hào)清晰可辨的必要頻段約為300Hz至3.5kHz。此范圍之外的頻率對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)的清晰度無(wú)益。根據(jù) Nyquist定律，對(duì)于信號(hào)的采樣率必須至少為其最高頻率的兩倍，因此所有話音Codec都工作于每秒8,000個(gè)采樣-多于所要求的3.5kHz的兩倍，每個(gè)采樣都被轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字化的碼字。然而，碼字的長(zhǎng)度又帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題。在任何數(shù)字系統(tǒng)中，都必須在信號(hào)的完整性和字長(zhǎng)間做出折衷。

　　為獲得高保真，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)選擇較大的字長(zhǎng)，但位數(shù)越多帶寬越高，而帶寬是要付出成本的。另一方面，如果設(shè)計(jì)者選擇較小的字長(zhǎng)以節(jié)省帶寬成本，話音質(zhì)量就會(huì)有所損失。實(shí)踐證明，為了適應(yīng)人類話音的整個(gè)范圍，從最輕的低語(yǔ)到大聲的喊叫，看起來(lái)有必要采用十二到十四位分辨率。

　　2.2非線性Codec最佳方案-典型PCM Codec的響應(yīng)曲線

　　圖1 是典型PCM Codec的響應(yīng)曲線,是最佳方案是非線性Codec。從圖1中看出這種類型的Codec特征：人們的耳朵對(duì)于響亮聲音的小誤差更“寬容”，而對(duì)于微弱聲音的小誤差很敏感。圖1中，靜默狀態(tài)位于零線附近；輕微的話音相對(duì)于中心線有小量偏移，而響亮的話音偏移較多。在這樣的器件中，零線附近的編碼密度高于遠(yuǎn)離零線處的編碼密度，使Codec既能為低電平信號(hào)提供滿意的性能，同時(shí)為高電平信號(hào)提供足夠的動(dòng)態(tài)范圍。

　　2.3數(shù)字端其Codec必須與PCM干線接口。

　　各個(gè)Codec并不是通過(guò)單獨(dú)的一組線連接到其相應(yīng)的中繼設(shè)備上，而是一定數(shù)量的Codec一同被連接到一條共享的總線-PCM干線上。為了協(xié)調(diào)傳輸過(guò)程，這些Codec共用一個(gè)位時(shí)鐘，而用單獨(dú)的幀脈沖指揮每個(gè)器件開(kāi)始發(fā)送和接收。按照北美標(biāo)準(zhǔn)，24個(gè)Codec共享一條PCM干線，某種類型的時(shí)序器邏輯以1,544,000位/秒的速率控制著其運(yùn)行節(jié)奏。

　　2.2 PCM Codec的類型設(shè)定,即采樣信號(hào)進(jìn)行編碼的方案

　　當(dāng)今，用于電話的PCM Codec已有了統(tǒng)一的幀速率(采樣率)。常用的采樣信號(hào)進(jìn)行編碼方案有兩種：A率(用于歐洲的)和μ率(用于美國(guó)和日本的)。有兩種基本線速率正在使用：歐洲的E1(2.048Mbps)和美國(guó)的DSl(1544Mbps)。故值此討論的設(shè)計(jì)為DSI(或稱TI) Codec，其工作于A率或U率模式。

　　μ率編碼方案按照一定規(guī)則(公式)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行編碼：其中μ是本規(guī)則的特征參數(shù)，典型為255。A 率Codec的編碼方式略有不同：其中A是本規(guī)則(公式)的特征參數(shù)，通常為87.6，有些情況下為87.7。需要注意的是，當(dāng)接近于零時(shí)，A率函數(shù)是線性的；只有當(dāng)輸入大于1/A后它才變?yōu)閷?duì)數(shù)。