基于DSP的電話會議系統(tǒng)的實現(xiàn)

穆宏慧

摘要：企業(yè)的發(fā)展離不開高效準確的信息資源，通常企業(yè)會通過召開會議獲取信息、取得正確的意見。傳統(tǒng)會議在時間與地域上的局限性，嚴重影響了企業(yè)決策的效率。電話會議系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地解決了傳統(tǒng)會議的缺點。該文用DSP代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交換機實現(xiàn)了可以選擇通話模式的電話會議系統(tǒng)。該文詳細介紹了電話會議系統(tǒng)的基本原理，并提出了兩種會議模式下的語音算法：混音算法和比較算法。實現(xiàn)了高效、便捷、靈活方便的電話會議。

關鍵詞：電話會議系統(tǒng)；DSP；系統(tǒng)信箱；衰減因子；逐位比較法

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0049-05

1電話會議系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

電話會議系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地提高了企業(yè)的工作效率，改善了企業(yè)的管理，提升了企業(yè)的競爭力。目前，市場上實現(xiàn)電話會議系統(tǒng)的方案較多，歸納起來基本屬于以下兩種方案：基于交換平臺的交換機方案和基于語音卡的CTI(計算機通信接口)方案[1]。

電話會議系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。與會用戶的話音信號經(jīng)過終端設備進行處理后變成8 bit A律PCM話音數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)交換網(wǎng)，數(shù)據(jù)交換網(wǎng)將由用戶傳來的多個輸入話音通道疊加到一條或幾條PCM鏈路上進行輸出，一般情況下，每32個用戶可以分配一條PCM鏈路。疊加后的輸入話音由DSP的多通道串口McBSP傳輸?shù)紻SP內(nèi)部處理。DSP通過主機接口(HPI)以共享信箱方式與MC68000主處理器進行通信，完成主處理器對DSP的命令傳遞和實時監(jiān)控。

電源模塊提供系統(tǒng)所需的兩種電壓：3.3V、2.5V，同時提供足夠的負載電流。時鐘電路提供系統(tǒng)所需要的時鐘，DSP芯片內(nèi)部的PLL鎖相環(huán)電路產(chǎn)生系統(tǒng)工作時所需的高頻信號。擴展的FLASH芯片在系統(tǒng)中保存程序代碼，同時還可以在線擦除、寫入，使得系統(tǒng)軟件編程變得十分容易。芯片的掉電保護作用，可以保證系統(tǒng)代碼的完整性和安全性。系統(tǒng)的所有控制邏輯由控制邏輯模塊完成[2]。

2電話會議系統(tǒng)的基本原理

電話會議系統(tǒng)可以實現(xiàn)參加會議的用戶之間沒有障礙的交流，在現(xiàn)有的電話會議系統(tǒng)中，大多采用混音算法，但隨著需要合成的語音信道數(shù)量的增加，采樣量化數(shù)據(jù)疊加后會超出量化上限而引入噪聲。比較算法的出現(xiàn)有效地避免了混音算法溢出的缺點，但是當與會人數(shù)較少或進行激烈的討論時，同時發(fā)言的與會方不斷在最大方、次大方、旁聽中切換，必將導致無論哪一方的發(fā)言都聽不清楚。

針對以上所討論的兩種方法的優(yōu)缺點，本文則有針對性地提出一種可以在兩種模式之間自由選擇的方案?；驹砣缦拢阂詫崿F(xiàn)32方通話為例，首先在DSP中開辟一個系統(tǒng)信箱，用于存放DSP與主機的握手信號及主機對DSP的控制字K，K=1表示對所有與會通道進行混音處理，K≠1表示對所有與會通道進行比較處理。DSP根據(jù)主機的要求對數(shù)據(jù)進行處理，用戶既可以聽到所有與會人員的話音，也可以聽到一路用戶話音。

DSP數(shù)據(jù)接收流程如圖2所示。

系統(tǒng)初始化DSP及其串口后，ST-BUS鏈路通過數(shù)據(jù)接口電路將數(shù)據(jù)送給McBSP，McBSP的接收端口收到8bit A律PCM話音數(shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)換為13 bit線性碼。TMS320VC5410對片上RAM按16 bit訪問，需將線性碼左端補上3 bit 0送給接收寄存器DRR1。轉(zhuǎn)換完成后的線性碼，傳送給DMA控制器，接收DMA控制器立即將此16 bit數(shù)據(jù)按照其對應的地址寫入接收緩沖區(qū)DRR BUF中。

DMA接收完第N幀話音數(shù)據(jù)后向CPU發(fā)送中斷。DSP讀取命令信箱，在第N+1幀的期間，CPU依據(jù)電話會議中與會用戶所對應的時隙號，將會議中所包含的語音數(shù)據(jù)提取出來。根據(jù)控制字K，對所有成員的話音進行疊加或比大（得到最大及次大）處理。處理后的數(shù)據(jù)寫入第N+2幀與會用戶對應的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址內(nèi)。語音數(shù)據(jù)的發(fā)送采用與接收相同的方法。圖3為電話會議的DSP數(shù)據(jù)處理流程圖。

圖5比較法電話會議的示意圖

電話會議要求在每一幀所產(chǎn)生的DMA中斷服務程序中必須完成對所有與會用戶的話音處理。因為TMS320VC5410的運算速度為100MIPS，因此該DSP一個指令周期的時間為10ns，在ST-BUS一幀125μs內(nèi)可處理的指令數(shù)為125μs 10ns=12500條。

因此，需要找到一種運算速度最快，且占用內(nèi)存最小的方法來實現(xiàn)與會用戶的話音比較，本文在常用排序算法的研究的基礎上提出了一種改進的排序算法：逐位比較法。其思想為：當記錄的關鍵字是正整數(shù)時，從關鍵字的二進制高位到低位，依次取出每個關鍵字相對應的一位二進制數(shù)進行兩兩比較，然后根據(jù)比較位是‘1或‘0將其分別放在對應的子表中，按同樣的方法對子表中的關鍵字進行比較，直到關鍵字的最低二進制位將所有記錄排序完畢。

逐位比較法是由位排序演變過來的，由于位運算和位比較的速度較快，排序時間主要花費在記錄的交換上。而在本系統(tǒng)采用的逐位比較算法中，只需要找到幅值最大的數(shù)據(jù)及次大的數(shù)據(jù)。因此不需要對記錄進行交換，因此按位比較法的速度很快，滿足電話會議系統(tǒng)的要求。

3.3電話會議系統(tǒng)的算法實現(xiàn)流程

圖6為本系統(tǒng)的算法流程圖。

圖8為4路語音信號的混音波形圖，從圖中可以看出，由于混音音源中有兩路女生的話音幅度較大，因此混音后輸出的話音幅度發(fā)生了較為嚴重的溢出，如A、B、C三處所示?；煲粜Ч懿缓?，噪音很大，基本上很難聽清楚話音內(nèi)容。圖8四路語音信號的混音波形圖

圖9為用不同方式對4路語音信號進行混音處理后的話音波形圖：

由圖9（a）可以看出，箝位算法在最大和最小臨界值處生硬的切了一刀，混音后的聲音引入了較大的噪音。圖9（b）為用平均值處理后的結(jié)果。該算法解決了混音后聲音幅度的溢出問題，但波形的幅度偏小，和混音前一路的波形幅度差不多，混音后的聲音較小。圖9（c）、（d）是自適應加權(quán)算法及本系統(tǒng)算法的處理結(jié)果。由圖可見A、B、C三處都對溢出的語音信號進行了平滑處理，與自適應加權(quán)算法相比，本系統(tǒng)的算法語音溢出點數(shù)減少，另外，對溢出處的處理比較平滑，沒有跳躍現(xiàn)象出現(xiàn)，整體質(zhì)量有很大提高。

4.2比較算法及結(jié)果分析

為了觀察到較好的實驗效果，這里只對4段語音信號進行分析，仿真結(jié)果同樣能夠說明多路語音信號的處理結(jié)果。圖10為4段語音信號用Matlab工具轉(zhuǎn)化成波形文件后的波形圖。下圖可以很好的表示出話音音量的大小。為了更好的說明仿真結(jié)果，這里我們只選取1至1.5秒這段時間內(nèi)的波形圖。圖10 4段語音信號的波形圖

由圖10所示，4段聲音文件在不同時間段內(nèi)聲音的大小不同，DSP每隔125μs對4段語音信號的量化編碼值進行一次比較。雖然每幀DSP都要對4段語音信號進行比較，但是由于聲音的恒定性，在幾幀甚至幾十幀內(nèi)，輸出的比較結(jié)果都是一致的，這樣才能清楚地聽清楚每個人的講話。在這里為了對算法進行說明，只采用了短短0.5秒的時間內(nèi)的聲音數(shù)據(jù)進行比較。

用逐位比較法對4段0.5秒的語音信號進行比較，得到每幀的最大話音及次大話音。圖11為0.5秒內(nèi)的比較結(jié)果。圖11逐位比較法的輸出結(jié)果

由圖11可見，在1到1.03秒期間，語音4要高于其他3路話音，語音3為次大話音。在這段時間內(nèi)，DSP將用戶3的話音存入用戶4所對應的時隙，而將用戶4的話音輸出給其他3個用戶所對應的時隙。而在1.38到1.48這段時間內(nèi)，語音3的話音幅度一直最大，語音4為次大話音，因此，用戶3聽到的是用戶4的話音，而其他3個與會用戶聽到的是用戶3的聲音。

5結(jié)論

本文所提出的電話會議系統(tǒng)方案能很好地解決實際應用中的實時性、高效性，系統(tǒng)簡單易行且能保證合成分量音頻特性的要求?？朔爽F(xiàn)有電話會議系統(tǒng)存在的缺點和不足，此方案適合中小企業(yè)使用的電話會議系統(tǒng)方案。

參考文獻：

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