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IP電話的VoIP語音網(wǎng)關(guān)設(shè)計

云知道

引言
近年來，Internet得到了飛速發(fā)展和普及應(yīng)用，而作為其核心技術(shù)的IP協(xié)議體系在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的統(tǒng)治地位已得到了廣泛認(rèn)同 。
同時，隨著基于IP技術(shù)上各種應(yīng)用技術(shù)的提出，尤其是VoIP技術(shù)的提出，使得數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信逐漸的融入了傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)領(lǐng)域 。
VoIP(VoiceoverIP)俗稱IP電話(InternetProtocol Phone)，是利用IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)語音通信的一種先進(jìn)通信手段，是一種完全基于IP網(wǎng)絡(luò)的語音傳輸技術(shù) 。它利用語音網(wǎng)關(guān)，軟交換平臺，網(wǎng)守等設(shè)備將模擬信號數(shù)字化，然后將數(shù)據(jù)壓縮成數(shù)據(jù)包，通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸Z音的目的地址 。目的地址接收到數(shù)據(jù)包后，將數(shù)據(jù)重組，解壓縮后再還原成模擬信號 。這樣，一次完整的通話過程就在IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)了 。本文將討論如何在嵌入式μCLinux環(huán)境下設(shè)計出在IP網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)數(shù)據(jù)壓縮、解壓和傳輸?shù)戎匾δ艿脑O(shè)備——VoIP語音網(wǎng)關(guān) 。
1IP電話系統(tǒng)的基本組成
IP電話系統(tǒng)一般由三部份組成：電話(phone)、語音網(wǎng)關(guān)(gateway)和網(wǎng)守(gatekeeper)，如圖1所示 。
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電話是指可以通過電話網(wǎng)或一線通(ISDN)連到本地網(wǎng)關(guān)的電話終端 。
語音網(wǎng)關(guān)是指通過IP網(wǎng)絡(luò)提供電話之間完成話音通信的要害設(shè)備，即Internet網(wǎng)絡(luò)與電話網(wǎng)和一線通(ISDN)網(wǎng)之間的接口設(shè)備 。它完成語音壓縮(將64Kb/s的語音信號壓縮成低碼率的語音信號)和尋址與呼叫控制，并具有IP網(wǎng)絡(luò)與電話(PSTN)或一線通(ISDN)互連的接口功能 。
網(wǎng)守即網(wǎng)絡(luò)治理者，負(fù)責(zé)用戶注冊、計費等治理功能．
2VolP語音網(wǎng)關(guān)
IP電話系統(tǒng)設(shè)計的核心為VoIP語音網(wǎng)關(guān) 。根據(jù)VoIP語音網(wǎng)關(guān)的功能需求以及市場上的成熟技術(shù)，筆者采用“硬件 嵌入式操作系統(tǒng) 應(yīng)用層軟件”的系統(tǒng)架構(gòu)來設(shè)計VolP語音網(wǎng)關(guān) 。
對于硬件平臺，以VolP主芯片為核心附以必要的外圍設(shè)備 。主芯片采用TexasInslruments生產(chǎn)的TITMS320VC549DSP和Samsung公司ARM7TDMI核的雙內(nèi)核結(jié)構(gòu) 。
【IP電話的VoIP語音網(wǎng)關(guān)設(shè)計】 VolP軟件部分分為兩層：嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用層軟件 。利用開放源代碼的實時操作系統(tǒng)μClinux作為嵌入式操作系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計，開發(fā)平臺友好 。根據(jù)功能需求，在應(yīng)用層軟件中包括語音包處理模塊、電話信令網(wǎng)關(guān)模塊、路由尋址模塊和網(wǎng)絡(luò)治理模塊 。
2.1硬件實現(xiàn)
VolP語音網(wǎng)關(guān)由主芯片、存儲器、以太網(wǎng)接口、音頻接口和I/0擴(kuò)展電路等幾部分組成，硬件框圖如圖2所示 。
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(1)主芯片
主芯片框圖如圖3所示 。主芯片由TMS320VC549DSP和ARlM7TDMI雙內(nèi)核構(gòu)成 。
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ARM7TDMI內(nèi)核使用50MHz主頻和單周期精簡指令，內(nèi)建8KBRAM、DMA控制器和中斷控制器，并支持各種總線擴(kuò)展 。其內(nèi)部的SIM (System Integrated Module)單元集成了豐富的通用模塊，包括2個異步串口，2個32位的計數(shù)器和以太網(wǎng)控制器等 。
TI公司的16位高速定點DSPTMS320VC549，其處理速度高達(dá)100MIPS且功能十分強大，可支持所有高壓縮/低時延編解碼(G．711、G．729、G．729a和G．723．1)，并完全支持回聲抵消、語音狀態(tài)檢測、靜音壓縮、抖動緩沖和舒適噪音產(chǎn)生等功能，保證統(tǒng)一、高質(zhì)量的語音交互 。
本硬件設(shè)計采用雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)，使VoIP語音網(wǎng)關(guān)在功耗和應(yīng)用的復(fù)雜度之間建立了良好的平衡 。采用雙內(nèi)核的優(yōu)勢如下：
①提高語音處理的實時性，避免傳統(tǒng)單內(nèi)核設(shè)計功耗太大的缺點 。若全部工作都由ARM7TDMI核來完成，負(fù)擔(dān)過重，實時性能受到影響，將會造成語音質(zhì)量下降，且限制了通信的會話路數(shù)，不能滿足大量用戶通信的要求 ?，F(xiàn)由DSP處理器完成實時的語音信號壓縮、DTMF信號的檢測與產(chǎn)生、回波消除等工作，既減輕了ARM核的負(fù)擔(dān)，同時又提供了多個話路，降低了功耗，使網(wǎng)關(guān)為多用戶提供服務(wù)成為可能 。

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