语音编码课程设计

1、课 程 设 计 报 告语音编码电路设计院(系)别 专 业 通信工程 班 级 姓 名 学 号 指导教师 目录一、语音编码原理11什么是声音12语音信号13语音编码技术23.1语音编码的提出23.2语音编码技术的类别24语音编码的必要性（含目的）35语音编码的技术指标36各种语音编码技术比37语音信号的数字化和预处理47.1语音信号的数字化47.2语音信号的预处理58 PCM编码59自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)69.1自适应脉冲编码调制(APCM)的概念69.2差分脉冲编码调制(DPCM)的概念79.3自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)8二、国产AMBE声码器简介8三、Protel设计软

2、件组成及操作原理10四、设计思想16五、解决问题17一、语音编码原理1什么是声音 声音是由物体振动产生，正在发声的物体叫声源。声音以声波的形式传播。声音只是声波通过固体或液体、气体传播形成的运动。声波振动内耳的听小骨，这些振动被转化为微小的电子脑波，它就是我们觉察到的声音。内耳采用的原理与麦克风捕获声波或扬声器的发音一样，它是移动的机械部分与气压波之间的关系。自然，在声波音调低、移动缓慢并足够大时，我们实际上可以“感觉”到气压波振动身体。因此我们用混合的身体部分觉察到声音。2语音信号 声音是携带信息的极重要的媒体，也是多媒体技术研究中的一个重要内容。而声音的种类十分繁多，因而有必要对其特性进行

3、研究以利于计算机进行处理。声音是通过空气传播连续波，其强弱体现在声波的压力上音调的高低则体现在频率上。当用电信号表示时，则为时间和幅度均连续的模拟信号。当用计算机进行数字化处理时则需要将其数字化。人耳能够听到的声音频率为20-20kHz，而我们的发声频率则为80-3400Hz。一般我们认为语音信号的频率范围是300-3000Hz。那我们发声的原理又是怎样的呢？当肺里面的空气沿声道通过声门就发出声音。一般男性的声道约为17厘米（从声门到嘴唇），这也意味着声音号中有1毫秒数量级的数据是具有相关性的。由于声道形状和激励方式的变化相对的比较缓慢，故话音信号在短周期内（约20毫秒）可认为是准定态。又由于

4、声门的准周期性的震动和声道的谐振，话音具有高度的周期性。话音编码器就是要揭示这种周期性以减少数据率而又尽量不牺牲音质。语音编码是把较高码率的数字化的话音通过特定的压缩算法进行压缩编码，变为码率较低的参数进行传输，然后在接受端再进行解码，恢复与重构，其目的就是在保证一定的话音质量的前提下节省传输带宽。 一般来说，语音信号的频谱集中在300-3400Hz的范围内，则其对应的采样频率一般为8KHz。此外，语音信号还有另外一个重要特点就是它的短时性，即认为在一段短时间内（典型为5-50ms），语音信号有保持相对稳定的特性，这便于我们提取其中的参数。 语音信号的基木组成单位为音素，可以分为“浊音”和“清

5、音”，一般在短时分析的基础上分析一段语音属于哪一类音素，它可以看作是由声带振动或不经声带振动来产生。“浊音”一般对应汉语拼音中的韵母，它是由声带振动产生的，有明显的周期性，可用一周期脉冲发生器进行近似；“清音”一般对应汉语拼音中的声母，不由声带振动产生的，类似于一个随机噪声。 在说话的时候，声门处的气流冲击声带产生振动，然后通过声道响应变成谮音。声道是一个分布参数系统，它有许多自然谐振频率，称为共振峰频率，是声道的重要声学特征。语音的频率特性主要是由共振峰决定的，当声音沿着声管传播时，其频谱形状就会随着声管而改变。声门脉冲序列具有丰富的谐波成分，这些频率成分与声道的共振峰频率之间相互作用的结果

6、对语音的音质具有很大的影响。 语音信号压缩的基本依据是根据语音信号和人的听觉特性得到的。 语音信号的产生机理和结构性质表明，其自身存在着很大的冗余度，语音压缩本质上就是通过识别这些冗余度并设法去掉它们，从而达到压缩比特率的目的。语音信号的冗余度归纳起来主要体现在： 1)语音信号样本间相关性很强，即其短时谱是不平的： 2)浊音语音段具有准周期性； 3)声道形状及其变化的速率是有限的： 4)传输码值的概率分布是非均匀的。 人的听觉具有“掩蔽”特点： 1)一个强的音能抑制一个同时存在的弱音的听觉； 2)人的听觉对低频端比较敏感； 3)人的听觉对信号的相频特性很不敏感。3语音编码技术3.1语音编码的提

7、出 随着人们对多媒体通信要求的日益提高，现代通信网的传输量越来越大，媒体压缩技术迅速发展。语音压缩技术也处于不断发展中，实用系统的最低压缩速率已经达到2. 4kbps甚至更低，在大大节省信道带宽的同时还保证了话音质量。由于大容量通信信道的引入，一段时间内曾认为语音压缩技术已没有研究的必要，因为语音压缩量相对于光纤信道容量来说已微不足道。实际上，光纤信道目前也只是在骨干网上得到应用，在接入网及支线的大规模应用仍需一定时间。另外，无线领域的信道带宽始终是一个突出的问题。由此可见低速率语音编码技术仍然有广泛的应用前景。3.2语音编码技术的类别 语音数字化的技术基本可以分为两大类：第一类方法是在尽可能

8、遵循波形的前提下，将模拟波形进行数字化编码；第二类方法是对模拟波形进行一定处理，因此，语音编码的方法归纳起来可以分成三大类：波形编码、参数编码和混合编码。 波形编码 语音信号的波形编码力图使重建语音波形保持原始语音信号的波形形状，也即失真要最小。这类编码器通常将语音信号作为一般的波形信号来处理，它具有适应能力强，语音质量好等优点，但所需用的编码速率高。脉冲编码调制(PCM)自适增量调制(ADM)、自适差分编码(ADPCM)、自适应预测编码(APC)、自适应子带编码(ASBC)、自适应变换编码(ATC)等都属于这类编码器。它们分别在64-16kb/s的速率上能给出高的编码质量。当速率进一步降低时

9、，其性能会下降较快。 参数编码 参数编码又称为声码化编码、模型编码。同波形编码不一样，参数编码通过对语音信号特征参数的提取及编码，力图使重建语音信号具有尽可能高的可读性，即保持原语音的语意，而重建信号的波形同原语音信号的波形可能会有相当大的差别。这类编码器的优点是编码速率低，例如可以低到2. 4Kb/s，甚至2.4Kb/s以下，它的主要问题是合成语音质量差，特别是自然度较低，连熟人都不一定能听出讲话人是谁。另外，它对讲话噪声敏感，需要安静的讲话环境。这类编码器有通道声码器，共振峰声码器及线性预测声码器。 混合编码混合编码是近年来提出的一类新的语音编码技术，它将波形和参数编码结合起来，力图保持波

10、形编码的高质量和参数编码话音的低速率。混合编码数字语音信号中既包括若干语音特征参量又包括部分波形编码信息。其比特率一般在4-16kb/s速率上得到高质量合成语音，而其复杂程度介于波形编码器和参数编码器之间。多脉冲激励线性预测编码( (RPELPC)，码激励线性预测编码编码器。作为一种CELP声码器，GMPLPC)，规则脉冲激励线性预测编码(CEIP)等都属于这类新型的混合参数编码器。4语音编码的必要性（含目的） 语音信号的数字化传输，一直是通信的发展方向之一。语音编码是数字化语音传输和存储的基础技术。采用低速率语音编码技术进行语音传输比语音信号模拟传输有诸如可靠性高、抗干扰能力强、便于快速交换

11、、易于实现保密和价格低廉等优势。因此，它在通信系统中所占的比例不断提高。这些实际应用推动了语音编码、特别是低速率语音压缩编码的发展。现代通信的发展趋势决定了语音编码技术的两大突出优势： 大大节省了带宽。从最初的PCM64K编码到现在。标准语音压缩协议如G723编码速率为5. 3K或6.3Kbps;G729编码速率为8Kbps。还有未形成协议标准但更低的编码速率已有成熟的算法可以实现如AMBE、CELP、RELP、VSELP、MELP、MP-MLQ、LPC-IO等多种语音压缩算法，最低编码速率达到2.4kbps，有些算法已在包括第三代移动通信系统(3G)的多个领域得到应用。便于实现与IP融合。I

12、nternet的成功运用使得与IP的融合已成必然的发展趋势。分组语音，即将分组交换的概念与语音传输相结合，使得语音信息更易于接入IP网。而分组语音的关键技术之一就是语音编码技术，低速率的语音编码技术对语音信息的实时性有更好的保证。采用分组语音传输的网络，其传输的语音信息本身就是分组数据包，这样的语音信息在接入Internet时将是非常的方便。 语音编码的目的，是在给定的编码速率下，使得从编码后的语音恢复出的重构语音的质量尽可能高。提高压缩效率的基本途径在于利用语音信号中的冗余度和人耳的听觉特性。语音编码既可用软件也可用硬件的方法实现。软件实现就是将压缩算法用软件方法实现，这样做的好处是成本低、

13、修改方便灵活，但处理速度较慢，不易保证处理的实时性。采用硬件实现就是将语音压缩算法固化到专用DSP芯片中，这样处理速度快，便于实时处理。5语音编码的技术指标 一般来讲，语音编码的输入语音是”电话质量”的语音，带宽限定在300-3400Hz之间。从模拟语音中获得这样的输入语音，需要进行的处理有抗混叠低通滤波、8kHz采样和16位A/D变换等。经过这一系列处理，模拟语音转化为速率为128kb/s的数字信号，作为语音编码器的输入。 衡量一种压缩编码算法的主要指标，包括编码速率、语音质量、复杂度等。对应用于通信的语音编码器，衡量的指标还包括延迟和抗误码等。评价语音编码质量的方法包括客观评价和主观评价两

14、类。对中、低速率的语音编码算法，客观评定方法常常很难反映人对语音质量的感受，因此主要使用主观评定方法。常用的方法有平均意见(Mean Opinion Score，简称MOS)分、判断韵字测试（Diagnostic Rhyme Test，简称DRT）、判断满意度测量(Diagnostic Acceptability Measure，简称DAM)等。6各种语音编码技术比 各种语音编码技术比较参见下表：编码速率最小基带宽度KHz质量PCM6432长途电话质量ADPCM3216长途电话质量M3216通信质量SBC+ADPCM6432广播质量SBC168通信质量RELP-LTT 规则脉冲激励168通信质

15、量LD-CELP短延迟码激励168接近长途MPLPC多脉冲线性预测84通信质量CELPC码本激励线性预测4.82.4通信质量LPC线性预测2.41.2合成质量LPC+VQ线性预测矢量量化1.20.6合成质量表1从数据通信的角度，音频编码标准主要有两种：一是在电话传输系统中应用的音频编码标准，如PCM (ITU G711)、ADPCM (ITU G721)等可满足电话级的语音质量要求；二是在电视传输系统、视频点播系统中应用的音频编码标准，如MPEG音频标准，可提供立体声声音质量。7语音信号的数字化和预处理7.1语音信号的数字化语音信号的数字化是数字处理的前提。今年来，随着集成电路工艺不断提高，单

16、片的语音信号模拟接口电路包含有反混叠开关电容带通滤波器、A/D、D/A，以及开关电容低通重构滤波器。语音信号数字化过程如图1所示。取样频率和相应的滤波器特性可以由软件控制，这给语音数字化带来了极大的方便。但有两个概念必须强调：其一是取样频率必须大于或等于信号带宽的2倍，这就是Nyquist采样定理的条件要求。因此根据用途需要，对输入的语音信号作低通（反混叠）滤波，若先滤波，后采样A/D转换，其滤波器应是模拟的，若先采样A/D转换，后滤波，其滤波器就是数字的。如果工频干扰(50Hz或60Hz)不严重或另有措施抑制，则不必用带通滤波器而只需用低通滤波器就可以丁，它的截止频率由实际语音信号带宽确定。

17、典型的反混叠滤波器的技术指标是：通带内波动绝对值小于ldB，通带带宽3400Hz，在4000Hz处衰减14dB，4600Hz以上衰减32dB，对某些个更高要求的应用，阻带衰减50dB以上。常用8阶或10阶椭圆滤波器来实现。其二是对样点信号的量化，8bit量化较常用。实验表明语音波形的动态范围为55dB，lObit以上量化较合适。目前器件可以做到16bit量化，量化精度提高，量化信噪比提高，要求存储容量加大，处理时间增加。这两个概念就是说数字信号在时间上是离散的，在幅度上也是离散的而且是量化过的。图1语音信号的数字化7.2语音信号的预处理在对语音信号数字分析处理之前，可以先对其进行预处理。这里讲

18、的预处理是指对语音信号的特殊处理：预加重或称高频提升分帧处理。在推导语音信号数字模型时，声门激励是一个两极点模型，嘴唇辐射是一个零点模型，如果一个零点抵消一个极点，那么还有一个极点的影响。在语音波形中，如果对语音信号的分析是建立在声道模型的基础上，那么就应该人为地设置一个零点将声门激励的另一个极点抵消。这样做语音信号的频谱上效果就是高频提升，使其变得平坦，便于进行频谱分析或声道参数分析。预加重滤波器一般是一阶的，即: H (z) =1-p z。1（IJ值接近于l，典型值为0.94） (1)语音信号的数字模型是以发浊音的情况导出的，预加重的处理是合理的，但是对于发清音的情况值得推敲。从发音过程看

19、，发不同清音时，湍流的位置不同，也就是说激励源所处的位置不同。对摩擦音，例如s，湍流产生于口腔内部，发h湍流产生喉部。由于激励位置不同，所以声道阻抗不同。发擦音时，激励源离嘴唇近，相应的声道要短，输出信号的大部分能量集中在高频端，而且出现反谐振特性。发鼻音好似鼻腔和口腔耦合，造成反谐振支路，同样产生零点特性，所以简单地在话音信号输入后做预加重不尽合理。有的声码器就采用在语言分析之后，对预测系数加权，采用带宽扩展的办法。由于语音信号是非平稳过程，是时变的，但是由于人的发音器官的肌肉运动速度较慢，所以语音信号可以认为是局部平稳的，或短时平稳。这样就可将平稳过程的处理方法和理论引入到语音信号的短时处

20、理，将使语音信号的分析大大简化。实践证明，这个认识是符合客观实际的。因此，语音信号分析常分段或分帧来处理。一般每秒的帧数约为33-100。视实际情况而定，分帧既可用连续的，也可用交叠分段的方法。在语音信号分析中常用“短时分析”表述。8 PCM编码PCM是一种在现代通信系统中被广泛应用的语音编码技术，也是数字传输中的标准接口信号，ITU在G711建议书中定义了PCM编码方法及其标准。PCM编码的主要优点是： 编码方法简单，不需要用复杂的信号处理技术就可实现数据压缩，而无任何信号延迟； 基于对话音信号波形采样的瞬时处理，具有较高的信噪比。PCM的组成原理如图所示。在信号源端，模拟信号X(t)经过反

21、混叠滤波和采样处理器变换成脉冲调幅信号PAM，即X(n)。为了压缩编码的数码率，需要一个非线形的放大器，对小信号电平放大，对大信号电平压缩。经过压缩的信号X(n)送入一个线形编码器，其量化特性是均匀分层，但对应于输入信号X (n)则是非均匀分层。这一非线形处理并不是按某一特定信号统计特性的最佳原理进行，而是按在大动态范围内信号获取均匀一致的质量标准来确定的，即用所谓的对数压扩特性。这样，每一个脉冲用一组二进制码C(n)来表示。C(n)可采用多种编码形式表示，如普通二进制码，折叠码和格雷码等。在接收端，经过PCM解码器将接收信号C'n)解码成Y' (n)。当信道传输无误码时，C&

22、#39; (n)=C(n)，Y' (n)=Y(n)，Y' (n) 经过扩张器再生出X'(n)，X'(n)经过平滑滤波器就可建立重建信号X' (t)，X ' (t)和X(t)之差就是量化误差信号。图2 PCM组成原理图对于电话信号编码，由于其信号带宽为3003400Hz，通常采用8kHz频率进行采样，而每一个采样脉冲用8位二进制码表示。这样，每个话音通道的数码率为：f=8000×8=64kb/s (2) 财于采用8位编码的正弦波信号，其最大信噪比按下式计算： SNR (dB) =6. 02×1+1. 76=6. 02×

23、8+1. 76=49. 92 dB (3)式中，L为二进制编码位数。 如果要求信噪比至少保持在34dB以上，则信号的动态范围应当为49. 92-34=15. 92dB，显然这一动态范围远不能满足要求。为了扩大信号的动态范围，通常采用瞬时压扩特性。瞬时压扩的目的是使信号在大的动态范围内具有均匀一致的信噪比。瞬时压扩的方法主要采用对数压扩特性，即用一条通过原点正负对称的曲线逼近对数函数，以实现对正负对称信号的对数压缩。在ITU G711建议中，定义了两种对数压扩特性，一种是15段折线近似是律；另一种是以13段折线近似是A律，美国、日本等国家在数字通信中采用IJ律压扩特性，中国和欧洲一些国家采用A律

24、压扩特性。PCM编码解码器通常采用单片集成电路(IC)芯片实现，它将滤波、放大、量化、压扩、编码以及解码等功能集成一体，具有处理速度快、体积小、成本低、便于开发等特点。2.9自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)G711使用A律或lJ律PCM方法对采样率为8kHz的声音数据进行压缩，压缩后的数据率为64 kb/s。为了提高充分利用线路资源，而又不希望明显降低传送话音信号的质量，就要对它作进一步压缩，方法之一就是采用ADPCM。9自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)9.1自适应脉冲编码调制(APCM)的概念自适应脉冲编码调制(adaptive pulse code modulation，APCM)

25、是根据输入信号幅度大小来改变量化阶大小的一种波形编码技术。这种自适应可以是瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变，也可以是音节自适应，即量化阶的大小在较长时间周期里发生变化。改变量化阶大小的方法有两种：一种称为前向自适应(forward adaptation)，另一种称为后向自适应(backward adaptation)。前者是根据未量化的样本值的均方根值来估算输入信号的电平，以此来确定量化阶的大小，并对其电平进行编码作为边信息(side information)传送到接收端。后者是从量化器刚输出的过去样本中来提取量化阶信息。由于后向自适应能在发收西端自动生成量化阶，所以它不需要传送边

26、信息。前向自适应和后向自适应APCM的基本概念，如图3所示。图中的s(k)是发送端编码器的输入信号，Sr (k)是接收端译码器输出的信号。(a) 前向自适应(b)后向自适应图3 APCM模块图9.2差分脉冲编码调制(DPCM)的概念差分脉冲编码调制DPCM(differential pulse code modulation)是利用样本与样本之间存在的信息冗余度来进行编码的一种数据压缩技术。差分脉冲编码调制的思想是，根据过去的样本去估算(estimate)下一个样本信号的幅度大小，这个值称为预测值，然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码，从而就减少了表示每个样本信号的位数。它与脉冲编码调制(

27、PCM)不同的是，PCM是直接对采样信号进行量化编码，而DPCM是对实际信号值与预测值之差进行量化编码，存储或者传送的是差值而不是幅度绝对值，这就降低了传送或存储的数据量。此外，它还能适应大范围变化的输入信号。差分脉冲编码调制的概念示于图4。图中，差分信号d(k)是离散输入信号s(k)和预测器输出的估算值Se（k-1）之差。注意，注意Se（k-1）是对s(k)的预测值，而不是过去样本的实际值。DPCM系统实际上就是对这个差值d(k)进行量化编码，用来补偿过去编码中产生的量化误差。DPCM系统是一个负反馈系统，采用这种结构可以避免量化误差的积累。重构信号Sr(k)是由逆量他器产生的量化差分信号d

28、q (k)，与对过去样本信号的估算值Se（k-1）求和得到。它们的和，即Sr(k)作为预测器确定下一个信号估算值的输入信号。由于在发送端和接收端都使用相同的逆量化器和预测器，所以接收端的重构信号Sr(k)可从传送信号I（k）获得。图4 DPCM方块图9.3自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)ADPCM(adaptive difference pulse code modulation)综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是：利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值

29、，使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。它的编码简化框图如图5所示。接收端的译码器使用与发送端相同的算法，利用传送来的信号来确定量化器和逆量化器中的量化阶大小，并且用它来预测下一个接收信号的预测值。图5 ADPCM方块图二、国产AMBE声码器简介南京梧桐微电子中心致力于国产AMBE声码器的研制和应用，现已量产销售。该芯片全面兼容 DVSI 的 AMBE-1000，经批量工业级应用验证，产品质量稳定，语音质量与DVSI的AMBE-1000一致，并可与AMBE-2000互通。AMBE-1000是一款高性能多速率语音编解码芯片，采用MBE技术的语音压缩算

30、法，具有语音音质好和编码速率低等优点，语音编解码速率可以在2.4Kbps9.6Kbps之间以50bps的间隔变化，即使在2.4Kbps的时候，仍能保持自然的语音质量和语音可懂度。并且所有的编码和解码操作都能在芯片内部完成，不需要额外的存储器。这些特性使它非常适合于数字语音通信、语音存储以及其它需要对语音进行数字处理的场合。AMBE-1000最基本的组成部分就是一个编码器和一个解码器，两者相互独立。编码器接收8KHz采样的语音数据流（16bit线性，8bit A律，8bit u律）并以一定的速率输出信道数据。相反，解码器接收信道数据并合成语音数据流。编码器和解码器接口的时序是完全异步的。AMBE

31、-1000采用A/D-D/A芯片作为语音信号的接口。输入输出的语音数据流的格式必须是相同的（16bit线性的，8bit A律，8bit u律），信道接口采用8位或16位的微控制器。功能特性： 可选的语音编码速率：2.4Kbps9.6Kbps 可选的前向纠错（FEC）速率：50bps7.2Kbps 语音激活/舒适噪声产生 可选的串行和并行信道接口 回声抵消 DTMF检测和产生 LQFP100封装 支持休眠模式典型应用数字保密电话数字对讲机、数字电台电力载波电话网络语音通信多路长时间电话录音AMBE-1000 管脚图:三、Protel设计软件组成及操作原理1.Protel99SE的简介Protel

32、99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层2. Protel 99 SE 的功能Protel 99 SE 是桌面环境下以独特的设计管理和协作技术(PDM)为核心的全方位印制电 路板设计系统。它是基于 Windows 95982000NT 的完全 32 位 EDA 设计系统。Protel 99SE 采用了三大技术是：(1) Smart

33、DOC 技术 所有文件都存储在一个综合设计数据库中。从原理图、印制电路 板、输出文件到材料清单及其他设计文件都存储在一个综合设计数据库中，以便对它们进行 有效的管理。(2) Smart Tool 技术把所有设计工具(原理图设计、电路仿真、PLD 设计、PCB 设计 及文件管理)都集中到一个独立、直观的设计管理界面上。(3) Smart Team 技术 设计组的所有成员可同时访问同一个数据库的综合信息、更改通 告以及文件锁定保护，确保整个设计组的工作协调配合。这些技术把产品开发的三个方面结合在一起，即人、由人建立的文件和建立文件的工具3.Protel 99 SE的系统组成按照系统功能来划分，Pr

34、otel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新

35、和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻

36、辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。4.Protel 99 SE 常用命令及操作(1) Protel 99 SE 的启动及操作进入 Protel 99 SE 系统，只要运行 Prote1 99 SE 即可以。 启动 Prote1 99 SE 后，将出现 Protel 99 SE 的启动界面，如图所示。接着就会进入Prote1

37、99 SE 的主设计窗口 Design Explorer，如图所示Protel 99 SE 启动界面主设计界面(2) 创建项目数据库 Protel 99 SE 提供了一个集成的设计工作环境，用户必须首先创建 一个类型为.ddb 的数据库(项目数据库)。用户以后的所有文件都存储于这一数据库中。用户创建项目数据库，只需执行菜单命令 FileNew，就会弹出如图 5.65 所示的“新建 项目数据库”对话框。用户只需输入文件名及文件的存储位置就可以，具体设置如下：1) 设置文件类型。文件的存储类型有“M AccessDatebase(MS ACCESS 数据库)” 和“Windows FileSyst

38、em (Windows 文件系统)”两种可选择。2) 设置文件名及存储路径。文件名可在“DatabaseFi1e Name”项中直接填入文件名的 后缀为.ddb；存储路径可以用“Browse”命令修改(方法与 windows 其他软件操作类似)。完 成上述操作后，利用鼠标点击 (左键)按钮。完成上述操作后，进入设计窗口，如图所示。设计窗口由以下几部分组成：“新”建项目数据库”对话框设计窗口 主设计窗口显示已打开的文件及文件夹。 主菜单条显示当前设计方式下的菜单，在不同的设计方式下主菜单条所包含 的内容不一样。 工具栏显示当前设计分式下的常用操作(在不同设计方式下所包含的内容不相 同)，操作方法

39、是点击相应图标，则完成相应操作。 设计标签每个已打开的文件或文件夹都有一设计标签，点击标签则该窗口将成 为当前活动窗口。 设计导航树Protel 99 E 提供一个类似于 windows 资源管理器。 设计管理器控制板用以显示“设计导航树”或显示文件编辑器的浏览窗口；可 以通过菜单中“ViewDesign Manager”来打开关闭。 在线帮助提供在线帮助。(3) 建立新文件 在当前设计库中建立新文件，执行菜单中 FileNew 命令，弹出“新 建文件”对话窗口，如图所示。在该窗口中，给出 Protel 99 SE 能建立的所有类型的文 件，Prote1 99 SE 所能建立的文件类型为：CA

40、M 输出文件. CAM、文件夹、印制电路板文 件(PCB 文件)PCB、PCB 库文件LIB、PCB 打印输出PPR、原理图文件SCH、原理图库文件. LIB、电子图表文件SPD、文本文件TXT及波形文件WVF等。在对话窗口中选择相应的文件类型图标，点击 OK 按钮，该类型的文件则已包含在设 计项目数据库中，可以在设计管理器中更改文件的文件名(注文件扩展名不可改变)，单击此 文件，系统将进入相应的编辑器，可对该文件进行编辑。(4) 常用工具栏(Toolbars)的打开关闭工具栏(Too1bars)对于不同的文件编辑器来 讲、所包含的内容不完全相同，但它们打开与关闭的方法相同，都可以通过 Vie

41、wToolbars 来对其中所包含的工具栏“打开关闭”。工具栏“开关”是一种乒乓开关，菜单中点击 一次为开，如在菜单中再点击一次为关，通过这种方法可对工具栏的状态(开关)进行设置，如图所示。“新建文件”对话框“打开关闭 工具栏”对话框(5) 画面显示状态的放大与缩小电路设计人员在绘图过程中，常要查看整张图或只看 某一局部，所以经常改变显示状态，使用绘图区放大或缩小。1) 命令状态下的放大与缩小。当处于其他绘图命令下时，无法用鼠标执行缩放命令， 此时要放大或缩小显示状态。必须采用功能热键来实现。放大按 PageUp 键，绘图区将放大。缩小按 PageDown 键，绘图区将缩小。移位按 Home

42、键，当前光标下显示位置，会移位到工作区中心位置显示。更新按 End 键，给绘图区的图形进行更新，恢复正确的显示状态。2) 空闲状态下的放大与缩小。当未执行其他命令而处于空闲状态时可以用菜单(View)下的命令、主工具栏中的按钮及功能热键来进行显示状态的放大与缩小。放大用鼠标点击主工具栏中的 按钮或执行下拉菜单 命令 ViewZoom In，如图所示。缩小用鼠标点击主工具栏中的 按钮或执行下拉菜单命令 ViewZoom Out。用不同的比例显示View 菜单命令提供了几种显示比例供 用户选择如图所示。菜单命令中的 View缩放命令绘图区显示整个文档用鼠标点击主工具栏中的 按钮 或执行下拉菜单命令

43、 View/Fit Document移动显示位置在设计电路时，经常需要移动位置可利用View/Pan 来实现。View/Pan 的功能是将当前光标位置的图样及器件移 至窗口的中心，以便操作，而显示的比例不变。新画面当显示画面出现问题时，可以通过菜单命令 ViewRefresh 来更新画面。放大某一区域Prote1 99 SE 提供了两种方式：用对角选定一个矩形区域，用菜单 命令 View/Area，执行后利用鼠标拖曳选定一个矩形区域，显示到整个窗口；用中心点加一 个选定矩形区域，用菜单命令 ViewAround Point，移动光标到目标区的中心位，单击左键， 移动鼠标，使矩形框至满足要求为止

44、，点击左键进行确认，所选区域放大至整个窗口5.Protel 99 SE 原理图设计利用 Protel 99 SE 进行 EAD 设计常用的步骤为(本部分仅讨论利用 Protel 99 SE 进行原理 图设计和 PCB 图设计)：第一步：设计原理图，利用原理图设计系统(Schematic Edit)绘制原理图。 第二步：生成网络表，网络表是原理图与 PCB 图之间联系的纽带。 第三步：设计 PCB 图，印制电路板(PCB)图是 Protel 99 SE 的另一个重要功能。以本教材电子实习部分的“小功率直流稳压电源和充电器制作”为例讲解 Protel 99 SE的设计过程。 电路原理图设计是整个电

45、路设计的第一步，同时也是电路设计的根基，由于以后的设计工作都以此为基础，因此电路原理图的设计好坏直接影响到以 后的工作。原理图的设计可以按图所示原理图设计流程图进行。(1) 设置图样大小 进入 Protel 99 SESchematic 后，首先要构 思好零件图，设置好图样大小。图样的大小是根据电路图的规模和 复杂程度而定的，设置合适的图样大小是设计好原理图的第一步。(2) 设置 Protel 99 SESchematic 设计环境设置 Protel 99SESchematic 设计环境，包括设置格点的大小、光标类型等等。其实， 大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符 合个

46、人习惯，以后无需再作修改。(3) 放置零件 在这一阶段，用户根据电路图的需要，将零件 从零件库中取出放置到图样上，并对放置零件的参数、零件的封装 型式进行设定。零件的序号有多种方法进行设定手工设定、利用 Protel 99 SESchematic 提供的工具进行设定；同时还需要对放置的零件位置进行调整。(4) 原理图布线原理图布线就是利用 Protel99SEschematic 提供的各种工具，将 图样上的元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图.(5) 调整线路调整线路就是将最初绘制好的电路图作进一步调整和修改，使得原理图 更加美观。(6) 报表输出在这一阶段，用户通过

47、 Protel 99 SESchematic 提供的各种报表工具生 成各种报表，其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路板设计作准备。(7) 文件的保存与打印输出最后是文件的保存与打印输出。四、设计思想 AMBE-IOOO读写一帧数据所需的时间远小于20ms。也就是说在20ms时间内，除了读1帧或写1帧数据外，处理器还有大量的时间做其它的事。这使人们有可能在半双工的低速信道内实现全双工的语音通话。用户线接口及PSTN接口均以AMBE为核心。每一个终端可通过总线的PSTN接口接入PSTN电话网；各个电话终端可通过总线互通，但每一时刻只能有一个终端接入PSTN。 由电话接口完成用户话机模拟

48、信号的二、四线转换；由编解码器完成对模拟语音信号的数字化，并进行A率（u率）PCM编码；由AMBE-IOOO对PCM语音信号压缩并分组，实现分组语音；由单片机对分组语音进行打包，最后送入4 85总线进行传输。由于是多个终端，在软件中需引入令牌机制，以防止冲突。就功能来说，AMBE-IOOO是一款优秀的语音压缩处理器；就其能达到的最低压缩速率来看，己达到了世界先进水平，而且能够保证高质量的通话质量。这使得它在世界范围内得到了广泛应用；但其压缩算法为非标准算法，致伎由AMBE-IOOO构成的语音处理系统只能用在某些专用网上。即使如此，它仍不失为在语音处理领域一款优秀的处理器。电路设计最终的目的是为

49、了设计出电子产品，面电子产品是通过印制电路板来实现的。 因此。印制电路板是电路图设计中最重要、最关键的步，其设计步骤如图所示。（1）规划印制电路板：在绘制印制电路板之前。用户要对印制电路板有一个初步的规 划，比如说印制电路板采用多大的物理尺寸，采用几层板、是中面板还是双面板各元器件 采用何种封装形式及其安装装置等。这是一项极其重要的工作，是确定印制电路板设计的框 架。（2）设置参数：参数的设只是印制电路板设计的非常重要的少 骤。设置参数之要是设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等等，一般说来，有些参数用其默认值即可。有些参数在使用过次以 后即第一次设置以后。以后几乎无需修收。（3）装入网络

50、表及元件封装：在前面谈到网络表是印制电路板 自动布线的灵魂，也是原理图设计系统与印制电路板设计系统的接 口。因此这一步也是非常重要的环节。只有将网络表装入之后，才可能 完成对印制电路板的自动布线。元器件的封装就是元器件的外形，对于每个装入的元器件；必须有相应的外形封装才能保证印制电路板 布线的顺利进行。（4）元器件的布局：元器件的布局可以让 Protel 99 SE 自动布局，规划好印制电路板并装入网络表后，用户可以让程序自动装入元器件， 并出动将元器件布置在印制电路板边框内。Protel 99 SE 也可以让用户 手工布局。元件的布局合理，才能进行下步的布线工作。（5）自动布线 Prote1 99 SE 采用世界最先进的无网格、基于形 状的对角线自动布线技术，只要将有关的参数设置得当元器件的布 局合理自动布线的成功率几乎是 100。（6）手工调整 到目前为止，还没有种自动布线软件能够完美，至不需要手工调整的地步。自动布线结束后，往往存在另人不满意的 地方，需要手工