IP电话的VoIP语音网关设计【荐】.docVIP

IP电话的VoIP语音网关设计 嵌入式在线????时间：2006-11-30/solution/195%5C2166.htm 引 言近年来，Internet得到了飞速发展和普及应用，而作为其核心技术的IP协议体系在数据网络架构中的统治地位已得到了广泛认同。同时，随着基于IP技术上各种应用技术的提出，尤其是VoIP技术的提出，使得数据网络通信逐渐的融入了传统的话音业务领域。VoIP(Voice over IP)俗称IP电话(Internet Protocol Phone)，是利用IP网络实现语音通信的一种先进通信手段，是一种完全基于IP网络的语音传输技术。它利用语音网关，软交换平台，网守等设备将模拟信号数字化，然后将数据压缩成数据包，通过IP网络传输到语音的目的地址。目的地址接收到数据包后，将数据重组，解压缩后再还原成模拟信号。这样，一次完整的通话过程就在IP网络中实现了。本文将讨论如何在嵌入式μClinux环境下设计出在IP网络中承担数据压缩、解压和传输等重要功能的设备——VoIP语音网关。 1 IP电话系统的基本组成IP电话系统一般由三部份组成：电话(phone)、语音网关(gateway)和网守(gatekeeper)，如图1所示。 电话是指可以通过电话网或一线通(ISDN)连到本地网关的电话终端。语音网关是指通过IP网络提供电话之间完成话音通信的关键设备，即Internet网络与电话网和一线通(ISDN)网之间的接口设备。它完成语音压缩(将64 Kb/s的语音信号压缩成低码率的语音信号)和寻址与呼叫控制，并具有IP网络与电话(PSTN)或一线通(ISDN)互连的接口功能。?网守即网络管理者，负责用户注册、计费等管理功能． 2 VolP语音网关? IP电话系统设计的核心为VoIP语音网关。根据VoIP语音网关的功能需求以及市场上的成熟技术，笔者采用“硬件+嵌入式操作系统+应用层软件”的系统架构来设计VolP语音网关。对于硬件平台，以VolP主芯片为核心附以必要的外围设备。主芯片采用Texas Inslruments生产的TI TMS320VC549 DSP和Samsung公司ARM7TDMI核的双内核结构。VolP软件部分分为两层：嵌入式操作系统和应用层软件。利用开放源代码的实时操作系统μClinux作为嵌入式操作系统，采用模块化设计，开发平台友好。根据功能需求，在应用层软件中包括语音包处理模块、电话信令网关模块、路由寻址模块和网络管理模块。2.1 硬件实现VolP语音网关由主芯片、存储器、以太网接口、音频接口和I/0扩展电路等几部分组成，硬件框图如图2所示。 主芯片主芯片框图如图3所示。主芯片由TMS320VC549DSP和ARlM7TDMI双内核构成。 ? ARM7TDMI内核使用50 MHz主频和单周期精简指令，内建8 KB RAM、DMA控制器和中断控制器，并支持各种总线扩展。其内部的SIM (System Integrated Module)单元集成了丰富的通用模块，包括2个异步串口，2个32位的计数器和以太网控制器等。TI公司的16位高速定点DSP TMS320VC549，其处理速度高达100MIPS且功能十分强大，可支持所有高压缩/低时延编解码(G．711、G．729、G．729a和G．723．1)，并完全支持回声抵消、语音状态检测、静音压缩、抖动缓冲和舒适噪音产生等功能，保证统一、高质量的语音交互。本硬件设计采用双内核结构，使VoIP语音网关在功耗和应用的复杂度之间建立了良好的平衡。采用双内核的优势如下： 提高语音处理的实时性，避免传统单内核设计功耗太大的缺点。若全部工作都由ARM7TDMI核来完成，负担过重，实时性能受到影响，将会造成语音质量下降，且限制了通信的会话路数，不能满足大量用户通信的要求。现由DSP处理器完成实时的语音信号压缩、DTMF信号的检测与产生、回波消除等工作，既减轻了ARM核的负担，同时又提供了多个话路，降低了功耗，使网关为多用户提供服务成为可能。??????? 实现复杂的系统功能。采用32位ARM核作为控制管理中心，能稳定的运行嵌入式实时操作系统，能支持各种网络协议栈如TCP/IP，使语音数据能够在网络中有效地传输。??? (2)存储器??????? 系统包括1片8 MB的Flash，用于存储嵌入式实时操作系统内核和应用程序代码的压缩文件，还有1片512KB的SDRAM。系统启动时，ARM核将Flash中的压缩文件调入SDRAM进行解压，然后执行。??? (3)音频解码器??????? 编解码器芯片负责对DSP解压缩后送来的PCM数据进行解码，并将滤波后的模拟语音信号送给用户端；同时，编解码器芯片还负责将模拟语音信号进行PCM编码，然后送到DSP芯片进行