【正文】 任意遠的地方。 IP電話網(wǎng)絡(luò)同時支持語音、數(shù)據(jù)、圖像的傳輸，為將來全面提供多媒體業(yè)務(wù)打下基礎(chǔ)。電路交換電話消耗的帶寬為 64kbit/s，而 IP 電話只需68kbit/s(甚至低于 )，從而節(jié)省了帶寬，降低了成本。 PC到 PC:多媒體 PC 經(jīng)過電話線或局域網(wǎng)連接到 Inter 上，利用 IF 地址進行呼叫，語音壓縮、編解碼和打包均利用 PC 上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源通過軟件方式來完成。由于在廣域網(wǎng)上進行分組話音通信的時機尚不成熟，八十年代的研究主要集中在局域網(wǎng)上的話音通信，而 IP 電話技術(shù)的迅速發(fā)展是在九十年代以后，特別是在 1995 年初，以色列VocalTec 公司開發(fā)出可以通過 Inter 打長途電話的軟件產(chǎn)品 ‘ Inter Phone ’ ，只要在多媒體 PC 上安裝該軟件，就可以通過 Inter 和其它安裝同樣的軟件的聯(lián)機用戶通話。分組交換技術(shù)的兩大要素 :一是采用長度受限、結(jié)構(gòu)統(tǒng) 6 一的分組作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝?，每個分組的頭部帶有地址、序號、校驗碼等信息，供節(jié)點作檢錯校錯、排隊、選路等處理，數(shù)據(jù)部分則透明 傳送。缺點是網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不高，無論用戶是否處于講話狀態(tài)，分配的電路始終被占用。 TLV320AIC23。采用 DSP(TMS320DM642)和以太網(wǎng)接口電路 (Intel LXT 971)設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)電話終端的硬件電路。 TCP/IP 協(xié)議 。一次通信包括建立電路、通話和釋放電路三個過程，其中電路建立和釋放需要信令的支持。而數(shù)據(jù)通信與話音通信相比具有完全不同的特性和要求 :首先，數(shù)據(jù)通信具有很強的突發(fā)性，表現(xiàn)為在短時間內(nèi)會集中產(chǎn)生大量的信息，突發(fā)性的定量描述為峰值比特率和平均比特率之比，對于一般的數(shù)據(jù)傳輸，突發(fā)性可高達 50，如果采用電路交換，若按峰值速率分配電路帶寬，則會造成資源嚴重浪費，若按平均速率分配帶寬，則會造成大量數(shù)據(jù)丟失 。由于軍事通信系統(tǒng)要求可靠性高，網(wǎng)絡(luò)可以重構(gòu)，因此基于分組交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)被軍方青睞，該網(wǎng)絡(luò)不但需傳送數(shù)據(jù)，還需傳送口授命令等話音信號。 電話到電話 :就是普通電話經(jīng)過電話交換機連到 IP 電話網(wǎng)關(guān)，用電話號碼通過 IP 網(wǎng)進行呼叫，發(fā)端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶， 翻譯電話號碼 /網(wǎng)關(guān) IP 地址，發(fā)起IP 電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成語音編碼和打包。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷擴展和新技術(shù)的出現(xiàn)，高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如 ATM, FR, FD DI、快速以太網(wǎng)以及高速接入網(wǎng) ADSL, VDSL, SDV, HFC 等，尤其現(xiàn)在很多新型的小區(qū)都已經(jīng)將網(wǎng)絡(luò)接口接入到家庭用戶，以前的 IP 電話接入技術(shù)已不太適合這 些擁有網(wǎng)絡(luò)接口直接上網(wǎng)的群體，人們需要的是一種設(shè)備終端可以直接上網(wǎng)打電話，而不需要經(jīng)過公用電話網(wǎng) PSTN，這種設(shè)備終端就是 IP電話機。 8 (4)開放的體系結(jié)構(gòu)。 (4)重點介紹 IP 電話的語音傳輸?shù)能浖崿F(xiàn)過程，包括語音的數(shù)模轉(zhuǎn)換，壓縮編碼，以及打包封裝等過程。 :定義了主機與分組交換機之間物理連接的標準，兩臺機器之間分組傳輸?shù)牧鞒?，包括對電壓和電流等電氣特性值的?guī)定。 :描述了協(xié)議軟件應(yīng)該如何組織，以便提供應(yīng)用程序所需的功能。運輸層要系統(tǒng)地管理信息的流動，還要提供可靠的傳輸?shù)膫鬏敺?wù)以確保數(shù)據(jù)無差錯的，無亂序的到達，為了達到這個目的，運輸層協(xié)議軟件要進行協(xié)商，讓接收方回送確認信息及讓發(fā)送方重發(fā)丟失的分組。 :這是 TCP/IP 協(xié)議軟件的 最底層，它負責(zé)接收 IP 數(shù)據(jù)報和把數(shù)據(jù)報通過選定的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。第三，除了數(shù)據(jù)格式和路由選擇的精確而正式的 定義以外， IP還包括了一組嵌入了不可靠分組投遞思想的規(guī)則。應(yīng)用程序與 TCP/IP 可靠傳輸服務(wù)之間的接口可以用五個特征來表示 : ①面向數(shù)據(jù)流 :當(dāng)兩個應(yīng)用程序 (用戶進 程 )傳輸大量數(shù)據(jù)時，將這些數(shù)據(jù)當(dāng)做一個可劃分為八位組的比特流。 控制協(xié)議 (RTCP) 13 RTCP 是 RTP 緊密相關(guān)的部分，用于監(jiān)視服務(wù)質(zhì)量和傳輸對話中成員信息。 (1)比 特率 降低比特率是話音編碼的首要目標 ,它直接關(guān)系到傳輸資源的有效利用和網(wǎng)絡(luò)容量的提高。一是有聲檢測 (VAD 一 Voice Activity Detection),主要用于確定輸入信號是話音還是背景噪聲 ,其難點在于正確識別話音段的起始點 ,確保話音的可懂度。通?？烧J為計算時延等于或略小于幀長 ,以確保下一幀數(shù)據(jù)到齊后 ,當(dāng)前幀已處理完畢。 (3)復(fù)雜度 復(fù)雜度決定了編碼器硬件的成本和功耗 ,也影響到編譯碼器的實時性。 IP 網(wǎng)絡(luò)電話一般選用中低復(fù)雜度的低比特率編碼。由 20一 60個非專職測試者對所聽的話音進行綜合打分 ,然后進行統(tǒng)計分析。量化就是將連續(xù)的模擬波形劃分為若干離散的區(qū)域 ,以便用數(shù)字形式表示每個抽樣值。因此一個自然的想法就是設(shè)計一種編碼方法 ,對此差值進行編碼 ,而不是對抽樣值本身進行編碼 ,這樣所需的比特率必然可以下降 ,這就是差分脈沖編碼 (DPCM)。由于話音信號的自相關(guān)函數(shù)大體是隨音節(jié)而變化的 ,也就是在一個音節(jié)時間內(nèi)自相關(guān)函數(shù)基本不變 ,只是從一個音節(jié)至另一音節(jié)時才有較明顯的變化 ,因此 ,自適應(yīng)預(yù)測都采用音節(jié)適應(yīng)算法。波形編碼的基本思路是忠實地再現(xiàn)話音的時域波形 ,為了降低比特率 ,可以充分利用相鄰抽樣點之間的信息冗余性 ,對差分信號進行編碼 ,在不影響話音質(zhì)量的前提下 ,比特率可降至 32kbit/s。波形編碼的設(shè)計要求是獲得盡可能高的信噪比 (SNR)。 19 圖 折線逼近的壓縮方程曲線 x為壓縮器歸一化輸入電壓； y為壓縮器歸一化輸出電壓； A 為常數(shù)，決定壓縮程度 ； 4 IP 電話原理及技術(shù) lP 電話基本原理 IP電話是通過 Inter/Intra等互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來傳遞語音信息的 ,該系統(tǒng)包括終端設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、多點接入控制單元 (MCU)和網(wǎng)絡(luò)管理者等部分。 無論對實時的應(yīng)用 (如 IP電話 )還是非實時的應(yīng)用 (如語音郵件 ),發(fā)送端語音都要經(jīng)過模擬信號 — 數(shù)字信號 — 語音包的處理過程 ,并在接收端對語音包進行相反處理 ,從而得到與輸入端相同的語音信號。最后網(wǎng)絡(luò)處理器為語音包添加包頭、時標和其它信息后通過網(wǎng)絡(luò)傳送出去。這個過程需要先進行數(shù)字編碼 ,轉(zhuǎn)換為 PCM碼 ,然后經(jīng)過專門的 DSP芯片進行數(shù)據(jù)壓縮 ,最后再打上 IP 包的標記 ,形成 IP 數(shù)據(jù)包的形式 ,以適合 IP 網(wǎng)絡(luò)上的傳輸帶寬 ,其中涉及到 PCM、 DSP、編碼、壓縮等內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中引入了 DSP 技術(shù) ,使得交換以太網(wǎng)和快速交換以太網(wǎng)變得更快、更便宜、也更容易升級。 語音壓縮協(xié)議有上面提到的協(xié)議中帶 G 打頭的幾種。這一技術(shù)的關(guān)鍵就是如何檢測說話者處于不發(fā)聲狀態(tài) ,即 VAD。所以 Intemet 電話公組丟失補償以處理一個分組丟失為主要目的。 Intemet 或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)定 ,這些分組網(wǎng)絡(luò)主宰了當(dāng)今的桌面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,因此 ,為局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、 Intra 和 Inter 上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。信息流采用 。此外 , ,只能采用多點控制單元 (MCU)構(gòu)成多點會議 ,因而同時只能支持有限的多點用戶。由于SIP 僅作于初始化呼叫 ,而不是傳輸媒體數(shù)據(jù) ,因而造成的附加傳輸代價也不大。 (2)靈活性大。而 DSP 內(nèi)部采用的是程序與數(shù)據(jù)空間分開的哈佛 (Havard)結(jié)構(gòu) ,允許同時到指令和取操作數(shù)。它們可以在一個指令周期內(nèi)同時進行運算。 27 (8)硬件配置強 :新一代 DSP 的接口功能愈來愈強 ,片內(nèi)具有串行口、主機接口(HPI)、 DMA 控制器、軟件控制的等待狀態(tài)產(chǎn)生器、鎖相環(huán)時鐘產(chǎn)生器以及實現(xiàn)在片仿真符合 ,更易于完成系統(tǒng)設(shè)計。 軟件控制通過 TI McBSP 支持多種串行通信協(xié)議。 立體聲輸出。 McBSP 的發(fā)送幀同步信號 FSK 和接收幀同步信號 FSR 是相連的，所以當(dāng)幀同步信號來時， McBSP 就從 DX和 DR 引腳上分別發(fā)送和接收兩個字的數(shù)據(jù)。 DM642 采用兩級緩存結(jié)構(gòu)，一級緩存由容量均為 16KB 的程序高速緩存 (LIP)和數(shù)據(jù)高速緩存 LID 組成，直接與 CPU 相連，均可工作在 CPU 全速訪問狀態(tài)。 3)外部內(nèi)存接口 (EMIF) 64 位寬，能夠支持 64bit, 32bit, 16bit, 8bit 的外部器件，可實現(xiàn)與絕大多數(shù)的同步或異步存儲器如 SDRAM, FLASH, FIFO 等的無縫連接。 以太網(wǎng)的物理傳輸?shù)?(僅介紹封裝格式 ) PR SD DA SA TYPE DATA PAD FCS 56位 8位 48位 48位 16位 1500字節(jié)以內(nèi) 可選 32位 PR:同步位 ,用于收發(fā)雙方的時鐘同步 ,同時也指明了傳輸?shù)乃俾?(10M 和 100M 的時鐘頻率不一樣 ,所以 100M 網(wǎng)卡可以 兼容 10M 網(wǎng)卡 ),是 56 位的二進制數(shù)101010101010..。 (14 字節(jié)為 DA,SA,TYPE) PAD:填充位 。 以 太網(wǎng)卡可以接收三種地址的數(shù)據(jù) ,一個是廣播地位 ,一個是多播地址 (我用不上 ),一個是它自已的地址 。 LXT971 和 RJ45 接口設(shè)計的重點是實現(xiàn)良好的電磁隔離特性。這些寄存器和緩存區(qū)經(jīng)由片內(nèi)的外設(shè)總線映射到 DSP 系統(tǒng)存儲區(qū)的固定地址空間里。由片外 PHY 提 供，在 10Mb/s 時為 ；在 100Mb/s 時為25MHz。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送沖突時，該信號線會置位報警。 MRXD(03):接收數(shù)據(jù)總線。 38 開始 啟動服務(wù)器端 接受對方終端呼叫 撥打?qū)Ψ浇K端地址 與對方終端建立呼叫 建立 TCP 控制信道 交互控制信息 初始化語音設(shè)備，建立 UDP 傳輸通道 分配內(nèi)存緩沖區(qū) 實時通話過程 通話結(jié)束，拆除通信鏈路 解放占用資源 等待下個通話 結(jié)束 是 否 39 圖 主控制程序流程圖 40 結(jié) 束 語 。以向 PHY 寫入或讀出數(shù)據(jù)幀的形式對 PHY 進行配置。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出于忙的狀態(tài)時，該信號線由 PHY 置位告知 EMAC。由片外 PHY 提供，在 10Mb/s 時為 ；在 100Mb/s 時為25MHz。 EMAC/MDIO 可以在不中斷 CPU 工作的情況下直接訪問存儲區(qū)的數(shù)據(jù)，相對獨立工作。 35 DM642片內(nèi)以太網(wǎng)接口模塊 EMAC模塊是 DSP處理器內(nèi)核與片外的網(wǎng)絡(luò)物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?, 負責(zé)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。 任何兩個網(wǎng)卡的物理地址都是不一樣的 ,是世界上唯一的 ,網(wǎng)卡地址由專門機構(gòu)分配 。 為 32 位的 CRC 校驗 ,該校驗由網(wǎng)卡自動計算 ,自動生成 ,自動校驗 ,自動在數(shù)據(jù)段后面填入 。 以太網(wǎng)的地址為 48位 ((6 個字節(jié) )二進制地址 ,表明該幀傳輸給那個網(wǎng)卡如果為 FFFFFFFFFFFF,則是廣播地址 ,廣播地址的數(shù)據(jù)可以被任網(wǎng)卡接收到 。可見， DM642 特別適用于開發(fā)基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)多媒體通信設(shè)備。 DM642 內(nèi)集成了具有 64 路獨立通道的 EDMA 控制器，負責(zé) L2 與其他外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。 CPU 將數(shù)據(jù)讀入緩沖 區(qū)，為了不出現(xiàn)未處理的語音幀被覆蓋，系統(tǒng)開設(shè)了一個 320字的乒乓式緩沖區(qū)，緩沖區(qū)采用乒乓緩沖的技術(shù)。 模擬量控制可以禁止 。 音頻數(shù)據(jù)輸入 /輸出是可編程音頻接口，兼容 TIMcBSP。 5系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的框圖 系統(tǒng)的硬件設(shè)計是以 DSP642為核心嵌入式開發(fā)系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)主要包括如下幾個部分 : TLV320AIC23語音處理模塊 (1)主要性能 TLV320AIC23語音編解碼模塊是 TI公司通用的語音處理模塊。例如 :TMS320C54X 中 FIRS 和 LMS 指令 ,是專門 用于系數(shù)對稱的 FIR 濾波器和 LMS 算法。 (2)多總線結(jié)構(gòu) :許多 DSP 芯片內(nèi)部都采用總線結(jié)構(gòu) ,這樣可以保證在一個機器周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。 (4)時分復(fù)用。 4數(shù)字信號處理 (DSP)技術(shù) DSP 概述 數(shù)字信號處理 (DSP),或者說對信號的數(shù)字處理 (包括對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等 ),是二十世紀六