引 言

　　英國CML公司推出的語音編解碼芯片CMX618，能夠以較低的比特率進行編解碼處理，并保證很高的語音質量。在此基于CMX618設計實現了一個數字語音通信系統，該系統結構簡單，但功能強大，而且它的工作電壓很低，功耗很小，非常適合通信領域開發使用。

　　l CMX618功能與特點

　　1.1 RALCWI算法

　　CMX618是接近長話級的半雙工語音編解碼芯片，通過一種新的數據速率算法技術——RALCWI技術，對語音進行編解碼處理。RALCWI是一種魯棒的先進的復雜性波形插入技術，與其他語音編解碼技術不同，它使用獨有的信號分解和參數編碼方法，可確保在較高的壓縮率下有很好的語音質量。在聲碼器中，采用 RALCWI技術實現的語音質量與編碼位速率在4 Kb/s以上的標準聲碼器話音質量基本相符。它的MOS(平均意見得分)處于3.5～3.6之間，而且表現相當優秀。

　　RALCWI聲碼器以幀一幀為基礎進行傳輸。在8 kHz的采樣速率下，對語音信號進行分幀處理，每幀語音包含160個采樣點，形成20 ms的元語音幀。語音編碼器以較高的計時分辨率(8次/幀)進行語音分析，對每一個語音段都會生成一系列的評估參數。然后，使用不同的矢量量化(VQ)方法，這些估算參數被量化生成41 b，48 b或55 b的幀。值得一提的是，這些向量量化值是以多語言語音為基礎進行混合編排的，包含了東西方多種語言的語音采樣值。

　　1.2 芯片主要功能及特點

　　CMX618語音編解碼芯片體積小，性能高，功耗低，其具體特點如下：

　　(1)編碼時，有三種位速率可供選擇(2 050 b/s，2 400 b/s或者2 750 b/s)。在選擇前向糾錯編碼(FEC)的情況下，可通過信道編碼和交織處理形成3 600 b/s的位數據流(60 ms/216 b的數據包或80 ms/288 b數據包)。

　　(2)解碼時，可選擇前向糾錯(FEC)解碼器對輸入編碼后的語音位流(216 b/60 ms或者288 b/80 ms的數據包)進行解交織和信道解碼，生成糾錯后的編碼語音位速率為2 050 b/s，2 400 b/s或者2 750 b/s，速率依據所選的模塊而定。當使用FEC解碼器時，可利用“軟決策”方法增強解碼功能，減小誤碼的產生。

　　(3)內部含有一個集成的語音壓縮/解壓器(CODEC)，實現模擬語音到低位速率編碼的壓縮/解壓過程。

　　(4)芯片大部分功能，均可通過軟件編程的方式，配置內部的寄存器來實現，簡單方便。

　　(5)具有非連續發送檢測(DTX)、舒適噪聲生成器(CNG)、語音激活檢測(VAD)和雙音多頻信號檢測(DTMF)的檢測和產生等輔助功能，使語音性能達到最佳。

　　1.3 CMX618工作原理

　　CMX618內部結構圖如圖1所示。

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　　由結構圖可以看出，CMX618主要由音頻壓縮/解壓器(CODEC)、RALCWI編解碼器、前向糾錯編解碼器和其他特殊功能模塊幾部分組成。

　　編碼時，輸入的模擬語音首先要經過音頻壓縮/解壓器(CODEC)模塊，進行調節增益、A/D轉換、濾波和壓縮處理，然后進入編碼器中開始編碼。編碼后，如果選擇使用前向糾錯(FEC)功能，則會對編碼進行糾錯處理，盡量消除誤碼。這樣，編碼后的語音數據，按選擇的位速率和幀的結構生成數據包，利用C- BUS串行總線，傳輸到微控制器LPC2138中。

　　解碼是編碼的逆處理過程。經C-BUS串行總線傳輸的數字語音，進入解碼器(可選擇FEC功能)開始解碼，然后經過解壓、濾波、D/A轉換、調節增益等處理后，就成為可以聽到的模擬語音。另外，在編碼和解碼期間，如果選擇一些輔助功能，例如非連續發送檢測(DTX)、語音激活檢測(VAD)或雙音多頻信號檢測(DTMF)時則需另行處理。

　　2 系統設計實現

　　2.1 微控制器

　　ARM微控制器具有內核耗電少，功能強，成本低等優點，現在多應用于無線通信、GPS、智能手機開發等諸多領域。這里選用PHILIPS公司的 LPC2138作為數字語音通信模塊的主控制器。LPC2138是一個基于支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器芯片，較小的封裝和很低的功耗使LPC2138特別適用于小型系統中。此外，由于LPC2138片內集成了ROM，RAM，A/D和多個外設模塊，如通用I/O 口、定時器、串行口等，因此非常適合于通信網關、協議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像等場合，為這些應用提供大規模的緩沖區和強大的處理功能。

　　2.2 系統的硬件設計與實現

　　基于CMX618的語音通信模塊主要由語音編解碼器CMX618和LPC2138組成，如圖2所示。

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　　該語音通信系統使用CMX618內置的CODEC模塊，其內部集成了A/D和D/A轉換、通道濾波、增益調節等功能，足以滿足對模擬語音的抽樣、量化等操作的指標要求。因此，無需再外接芯片，也節省了大量的物理空間，這在實際的開發設計中是十分重要的。

　　微控制器LPC2138通過C-BUS串行總線與CMX618連接。C-BuS是一個四線中斷一驅動串行系統，可在主控制器和CMX618內部寄存器間進行數據傳輸、控制或狀態信息的發送。

　　2.3 系統的軟件設計與實現

　　系統的軟件設計主要是編寫CMX618的驅動程序，以及對主控制器LPC2138進行編程實現對CMX618的控制。在上電后，首先應初始化CMX618 和LPC2138。對語音編解碼芯片，要配置其中的一些功能寄存器，這包括設置編解碼位速率、組幀結構、增益大小、輔助功能選用以及開啟中斷標志位等;對主控制芯片，則要配置接口方式、中斷條件和傳輸速率等。

　　實際應用中，為使編解碼過程中的糾錯能力達到最佳，在使用前向糾錯(FEC)編碼器處理語音編碼時。可選擇聲碼器幀以3×20 ms或4×20 ms的形式進行數據包傳輸。這種把多幀數據進行封裝、打包傳輸的形式，更有效地抑制了誤碼的產生。

　　這里，要注意CMX618語音編解碼芯片的狀態(state)寄存器(地址為MYM40)。編碼和解碼操作在狀態寄存器中都有對應的標志位，當采用中斷方式編解碼時，每次要先讀出狀態寄存器中對應標志位的值，只有當對應標志位的值為“1”時，才會產生中斷，執行相應的操作，如圖3所示。

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　　其中，在狀態(state)寄存器(地址為MYM40)中對應的狀態標志有VDA，VDW，RDY。其中，VDA為編碼標志位;VDW為解碼標志位;RDY為等待配置標志位。

　　2.4 關鍵問題

　　(1)采用RALCWI算法時，由于存在算法抖動，會使編碼每一幀時花費的時間不同，這使微處理器對輸出數據的時間不好掌握。為解決此問題，在編碼時，會給微處理器一條指令，只要編碼可行，就會進行數據傳輸;在解碼時，則會增加一個初始延遲時間，避免CODEC因無采樣數據而產生時間空隙。

　　(2)為了提高微控制器LPC2138與CMX618間的傳輸速率，使用C-BUS串行總線讀/寫寄存器時，可采用“數據流”的方法傳輸數據，即只需要一個地址/指令，就可以傳輸多個數據字節。具體實例如圖4和圖5所示。

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　　利用C-BUS串行總線，寫入CMX618內部寄存器的過程中，從主控制器傳過來的數據，首個字節為CMX618寄存器的地址，然后，數據就會源源不斷地傳人此寄存器中;同樣，從CMX618內部寄存器讀出數據時，首先也要寫入寄存器的地址，確定位置，然后就可以從此寄存器中讀出數據了，直到傳輸完為止。

　　3 應 用

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　　該語音通信模塊已經成功應用于900 MHz數字無中心對講機中，圖6為900 MHz數字無中心對講機各功能模塊的結構簡圖，圖中的語音模塊與微控制器部分即為涉及的內容。如今，民用對講機逐步數字化已是大勢所趨，國內外眾多機構已經投入了大量的人力、物力進行研究和開發，故此系統有著廣闊的發展空間。

　　4 結語

　　基于該芯片設計的數字語音通信系統，有很好的清晰度和穩定性，在通信產業迅猛發展的今天，必將有著廣闊的應用前景。