适应差分脉冲编码调制 - 基于MSP430的语音与音频压缩/解压缩技术

　　适应差分脉冲编码调制 （ADPCM）

　　ADPCM 是 DPCM 的一个变体，编码器步长会有差异。语音输入信号的强度差异体现在不同的扬声器器上，也体现在语音输入信号的语音和非语音部分上。量化器步长对每个采样都进行适应调节，确保高低输入信号强度都能实现同样的编码效率。图 3 显示了采用步长调节技术的修订版 DPCM结构图。

　　

　　ADPCM 编码器通过解码 ADPCM 代码进行信号估算 （Se），这就是说，解码器是 ADPCM 编码器的一部分，因此已经编码的音频数据流只能用解码器进行重放，这样解码器就必须对编码器加以跟踪。

　　最初的编码器和解码器信号估算等级以及步长大小调节等级必须在开始编码或解码前就加以定义，否则，编码或解码的值就会超过范围。

　　MSP430 片上信号链

　　MSP430 系列微控制器支持多种片上外设。为了实现完整的片上信号链解决方案，MSP430 至少必须提供 1 个 A/D 转换器模拟输入和 1 个 D/A 转换器。下面我们将介绍两种 MSP430 解决方案。

　　MSP430F169 片上信号链解决方案

　　MSP430F169 包括 1 个集成 12 位 SAR A/D 转换器，作为一种硬件乘法器模块，它能高效支持数字滤波器，此外 MSP430F169 还包括 1 个集成 12 位 D/A 转换器模块。图4给出了MSP430F169 信号链电路图。

　　

　　上述配置也适合采用外部串行闪存的情况，从而可以满足音频数据的存储需求。外部闪存可通过 MSP430 的 I2C 或 SPI 接口来连接。MSP430F169 DMA 模块可自动将接收到的数据传输给 RAM，从而大幅降低了 CPU 的负载。

　　MSP430FG4618 片上信号链解决方案

　　我们用 MSP430FG4618 可以实现另一种片上信号链解决方案。MSP430F169 可支持 60 KB 的集成闪存，而 MSP430FG4618 则可支持 116 KB 的闪存。MSP430FG4618 的另一优势在于，它还集成了运算放大器模块。运算放大器可用于放大扩音器的输入及数模转换器的模拟输出。图 5 显示了 MSP430FG4618 信号链电路图。具体配置采用的是TI推出的 MSP430FG4618/F2013 试验板。该评估板可与相关代码示例配合使用。

　　

　　扩音器的输出信号非常小，必须放大。MSP430 的运算放大器可用于不同的运算模式。如果用于 PGA 模式，那么最大只能放大到 15 倍，对扩音器放大器来说还不够。因此，需要通过外部组件来加大增益。图 5 中的运算放大器 OA0 即用于通用放大器模式。放大器共有 8 种设置方式，可以使增益－带宽乘积和转换率等性能与电流消耗达到最佳平衡。图中的所有放大器 OA0、OA1 及 OA2 均采用了高性能模式（快速模式）。

　　如欲了解有关运算放大器使用的更多详情，敬请参见 MSP430FG4618/F2013 试验板用户指南。

　　利用通用串行通信接口 （USCI） 可将音频数据存储到外部闪存中。我们也可通过 I2C 总线或 SPI 总线与外部存储器相连。