基于某通信設備的數(shù)字語音傳輸設計

高楊 藥春暉 李琳 薛文霞 于佳杰

摘 要：針對如何通過以太網(wǎng)進行語音傳輸，在某通信設備中設計了一種基于以太網(wǎng)的數(shù)字語音傳輸方案。選用國產(chǎn)ARM9芯片VT1200作為主處理器完成主控板設計，采用IP承載語音（Voice over IP，VOIP）技術實現(xiàn)語音的以太網(wǎng)傳輸。

關鍵詞：語音傳輸；VOIP；數(shù)模轉換；脈沖編碼調(diào)制

根據(jù)某通信設備的特殊應用環(huán)境，通常采用模擬傳輸?shù)募夹g手段來實現(xiàn)語音通信。模擬語音傳輸實時性好，但抗干擾能力弱、電路復雜。相比于模擬語音傳輸，數(shù)字語音傳輸具有組網(wǎng)方便、傳輸距離遠、抗干擾能力強、成本適中但延時較大的特點。[1]本設計利用VOIP技術，[2]采用實時傳輸協(xié)議（Real Time Protocol，RTP），實現(xiàn)延時可接受的數(shù)字語音傳輸。

隨著壓縮技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)和語音業(yè)務開始融合，推動了VOIP技術的發(fā)展。VOIP簡而言之就是將模擬信號數(shù)字化，以數(shù)據(jù)封包的形式在IP網(wǎng)絡上實時傳遞。VOIP最大的優(yōu)勢是能夠利用網(wǎng)絡互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務更多、更好的服務。

1 總體設計方案

本設計中數(shù)字語音傳輸?shù)墓ぷ髟砣缦聢D所示。

語音發(fā)送過程：設備通過MIC采集模擬語音，通過脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）將模擬語音轉換成數(shù)字語音，再經(jīng)過A律壓縮編碼，對壓縮編碼后的數(shù)字語音進行打包，最后通過VT1200提供的全雙工網(wǎng)口將語音包發(fā)送到網(wǎng)絡上進行交換。

語音接收過程：設備通過對外網(wǎng)口接收語音包，經(jīng)過解包解壓縮提取PCM數(shù)字語音，最后經(jīng)數(shù)模轉換得到模擬語音進行播放。

2 硬件設計

硬件電路主要包括：ARM控制及網(wǎng)絡接口電路、語音轉換電路、人機接口電路和電源控制電路。ARM控制及網(wǎng)絡接口電路作為設計的核心，主要負責語音包的打包和解包，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分組的接收和發(fā)送，RTP協(xié)議、網(wǎng)絡協(xié)議及人機界面等控制軟件處理；語音轉換電路用于實現(xiàn)模擬和數(shù)字語音的相互轉換；人機接口電路提供直接對應用戶的接口，包括：鍵盤、顯示屏、PTT和送受話器；電源控制電路為其余電路提供所需電源。

選用國產(chǎn)ARM9芯片VT1200作為主處理器完成主控板設計，VT1200是一款語音專用ARM芯片，集成了ARM922T的內(nèi)核，內(nèi)嵌了語音采集功能和兩路以太網(wǎng)控制器，大大簡化主控板的硬件設計，降低設計風險。該處理器具有以下優(yōu)勢：

a）VT1200內(nèi)部集成了語音CODEC，將語音采樣編碼作為IP硬核集成到該芯片中，極大的方便了硬件電路的設計；采樣率可以通過軟件進行設置，支持8KHz、12KHz、16KHz和32KHz，并且在內(nèi)部集成兩級運放，使得語音A/D、D/A變換具有良好的效果；

b）VT1200集成了專門用于語音信號處理的加速器，用專門的指令實現(xiàn)信號處理，并把這些指令作為IP硬核集成到芯片內(nèi)部，大大提高了處理速度，硬件開發(fā)相對簡單、可靠；

c）在外圍接口和外設方面：VT1200接口豐富，提供2個異步串口、2個10/100M網(wǎng)口、串行音頻接口，IIC串行通信接口。內(nèi)部集成內(nèi)存控制器（控制外圍SDRAM，SRAM，F(xiàn)LASH），網(wǎng)口控制器（MAC Controller），在開發(fā)時只需根據(jù)需求進行配置，穩(wěn)定可靠。同時兩個控制器內(nèi)部有專門的DMA通道以實現(xiàn)與ARM922T的通信，極大地減少了CPU的開銷。

3 軟件設計

根據(jù)功能要求和總體架構，軟件單元分為以下幾個模塊：

3.1 主控模塊

設備加電后，應用程序初始化，讀取系統(tǒng)配置文件并加載系統(tǒng)參數(shù)，參數(shù)保存完畢后，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)啟動其它模塊。

3.2 配置管理模塊

配置管理模塊用來實現(xiàn)設備的板級自檢與配置。該模塊啟動或接收到自檢命令后，向主控板發(fā)送檢測命令執(zhí)行板級檢測，將檢測結果發(fā)送到設備管理軟件；接收到參數(shù)配置/查詢命令后，執(zhí)行相應操作并將結果發(fā)送到設備管理軟件。

3.3 通話控制模塊

通話控制模塊用來實現(xiàn)設備的通話控制，通過監(jiān)控本地的接收信令與按鍵信息，完成設備通話狀態(tài)的切換、顯示狀態(tài)的更新及語音控制。

3.4 語音處理模塊

語音處理模塊根據(jù)通話控制模塊的本地通話狀態(tài)完成語音通信連接的建立、維護和拆除。

3.5 按鍵顯示處理模塊

按鍵顯示處理模塊主要完成按鍵采集信息的接收與處理，本地狀態(tài)顯示信息的處理與發(fā)送。

4 結語

以國產(chǎn)ARM9芯片VT1200為核心的數(shù)字語音傳輸設計具有電路集成度高、開發(fā)方便等特點，該設計可以應用在車載通信系統(tǒng)，采用的主處理器具有通用性，為語音傳輸領域提供了相對簡單的解決方案，應用前景廣泛。

參考文獻：

[1]曾華燊.現(xiàn)代網(wǎng)絡通信技術[M].成都：西南交通大學出版社，2004：244-287.

[2]黃永峰.因特網(wǎng)語音通信技術及應用[M].北京：人民郵電出版社，2002：41-53.