數字對講機的多媒體應用平臺設計

黃鴻泰　王毅龍

摘 要：隨著通信科技的迅猛發展，數字化通信系統以其優秀的性能在越來越多的應用中逐漸取代了傳統的模擬通信系統，成為通信領域中主流發展方向。從整個移動通信的應用來劃分，可分為公眾移動通信和專業移動通信兩大類，對講機通信在專業移動通信中扮演著重要的角色，而目前在我國的對講機市場中，數字對講機也因為其高效的頻譜資源利用率，良好的通信質量和保密性等特點而被越來越廣泛地接受。針對采用開放式多媒體應用平臺的數字對講機，以LT1901A為核心處理器所具有的較強處理能力、較低功耗和較高性價比的特點，通過嵌入WiFi通信協議[1]、藍牙通信協議[2]實現了基于WiFi無線網絡和藍牙技術的功能數字對講，實現IP互通互聯。因為雙核處理器的選擇對通信協議能做較好的兼容，使得升級空間增大。而聲碼器的應用有可選國產芯片的余地，此外由于LT1910A十分強大的功能，該平臺還可以引入更多的應用，比如視頻、娛樂、動畫等功能提供了多媒體功能、并且可以起到改善人機界面并延長電池壽命的效果。

關鍵詞：數字對講 開放式 多媒體應用平臺 WiFi技術 藍牙技術

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0028-02

目前，從整個移動通信的應用來劃分，可分為公眾移動通信和專業移動通信兩大類，其中公眾移動通信就是社會上廣大消費者正在使用的2G、3G、4G移動手機，它是為廣大公眾提供移動通信服務的，任何人都有權購買并享受其服務；而專業移動通信主要是為各行業、企業、團體提供內部專業通信服務的，其不承擔公眾普遍服務職能。在專業移動通信中，按網絡容量從小到大，按網絡功能從少到多，可分為公眾對講機、專業對講機、無中心自集群系統、集群系統4類，這4類專業移動通信中，前3類都屬于對講機范疇，可見對講機通信在專業移動通信中扮演著重要的角色。由于其具有自動組網、免費通信和高數據率等優點，正在使用的對講機數量占專業移動通信終端總數80%以上，并仍將保持這種獨特的優勢且不斷向前發展。

但是，目前市場上的大部分對講機功能單一，常局限于對講通話中，限制了其使用領域范圍。與此同時，過度緊張的頻譜資源也對對講機的創新性和實用性提出了更高要求。故以LT1901A為核心處理器，構建了數字對講機的開放式多媒體應用平臺。通過嵌入WiFi通信協議、藍牙通信協議實現了基于WiFi無線網絡和藍牙技術的功能數字對講，實現IP互通互聯。雙核處理器的選擇對通信協議能做較好的兼容，升級空間大。聲碼器的應用有可選國產芯片的余地，此外由于LT1910A的功能十分強大，該平臺還可以引入更多的應用，比如視頻、娛樂、動畫等功能。

1 開放式多媒體應用平臺的結構

開放式多媒體應用平臺的設計結構如圖1所示，主要包括LT1901A為雙核處理器、射頻模塊、數模轉換器、藍牙模組、IP互聯模組、聲碼器。

2 工作原理

發射時，由麥克接送進來的話音信號轉為電信號，并經由數模轉換器進行采樣轉換，然后將得到的數據通過聲碼器從而進行壓縮處理，LT1901A雙核處理器內所集成的高性能的DSP核ZSP540與ARM926EJ-S對壓縮后的數據進行協議添加與控制的操作處理，從而最終形成了4FSK調制波形，而數模轉換器又將改4FSK數字波形進行模擬化處理后對其進行射頻調制，并將調頻載波由天線發射出去。

接收時，射頻模塊對接收到的模擬信號進行解調處理操作，將接收到的模擬信號首先經過模數轉換器的處理，而LT1901A雙核處理器對接收到的數據進行信道解碼和拆幀，然后再把得到的幀信號交由聲碼器進行解壓，最終把解壓得到的數據由數模轉換器還原成為模擬語音信號。

3 LT1901A處理器

LT1901A是福建聯拓科技有限公司自主研發的一款具有電源管理單元和音頻解碼器的基帶芯片。LT1901A采用了高性能低功耗的混合信號技術。LT1901A采用雙核架構，它集成了高性能的ARM926EJ-S，ZSP540 DSP核和已經得到的廣泛應用的各種接口與外設，如可以支持USB2.0 HS，支持1個SDMMC卡接口，擁有一個NFC接口，可外接8/16bits NandFlash，能夠實現數模兼容，并且能夠通過軟件無線電的方式支持多種數字對講機標準模式和多種聲碼器模式，具有較強的處理能力、較低的功耗和較高的性價比。其中所集成的ARM926EJ-S是一款使用ARM9E核的綜合處理器宏單元，是高性能、32位片上系統解決方案ARM9 Thumb家族中的一員；DSP內核用于完成數字信號的實時處理。

LT1901A內部的NFC模塊是芯片中的設備接口時序控制器，用于實現與外部設備的數據交換。能夠對NFC進行訪問的主控單元為ARM、DMAC。其功能特點是：支持8位的NAND FLASH存儲器接口；接口時序可通過寄存器參數設定；發送方向有16×16、接收方向上有16×16比特的FIFO作為緩沖；提供DMAC硬件握手，數據交換可通過DMAC自動完成；提供讀寫數據的1-bit ECC校驗功能，可實現每512字節數據最大糾正1比特錯，檢測2比特錯的功能。默認情況下，芯片支持1-bit ECC校驗功能（可選）；提供讀寫數據的8-bit ECC校驗功能，可實現每512字節數據最大糾正8比特錯的功能（可選）；命令下發方式支持兩種：一種是按命令字定義格式打包寫到FIFO接口寄存器，另一種是直接將命令字寫到特殊寄存器中。

LT1901A突破了數字對講機的技術瓶頸，降低了設計門檻，而且與其設計套件具有多個應用目標市場，提供了多媒體功能、有效改善了人機界面并對電池壽命起到了延長的作用。我們以LT1901A為核心處理器，構建數字對講機開放式多媒體應用平臺。從中可以通過嵌入WiFi通信協議、藍牙通信協議等方式來實現基于WiFi無線網絡和藍牙技術的功能基礎上的數字對講方案，以實現IP互通互聯的效果功能。而且關于此雙核處理器LT1901A的選擇對所設計的通信協議起到了更好的兼容效果，從而使得后續的可升級空間和可維護性都大大增加，并且對聲碼器的應用支持有了可選國產芯片的余地，此外由于LT1910A的功能十分強大，我們的平臺還可以引入更多的應用，比如視頻、娛樂、動畫等功能。

4 WiFi無線通信技術

WiFi部署區網（LAN）可讓客戶端設備無需使用電線，降低網絡部署和擴充的成本。許多空間不能架設電纜，如戶外區和歷史建筑，可運用無線區網來改善。現在大多數筆記本電腦制造商已經內置無線網絡設備。WiFi的價位持續下跌，使之漸漸普及，已成為企業普遍的基礎設施。根據WiFi聯盟指定，“WiFi認證”是向后兼容的。它指定一套全球統一標準：不同于移動電話，任何WiFi標準設備將在世界上任何地方正確運行。WiFi已在22萬個以上公開熱點和幾千萬戶家庭、公司及世界各地的大學校園中使用。2010年，WiFi保護訪問加密（WPA2）被認定安全，能讓用戶使用強大的密碼。新協議的WiFi Multimedia（WMM）說明WiFi更適合于延遲敏感型應用（如語音和視頻），此外，WMM的省電機制能提高電池效率。

設計中嵌入的WiFi無線通信協議能夠完全兼容當前無線通信的3種主流標準：IEEE802.11b、IEEE802.11n、IEEE802.11g，其發射功率不超過100 mW。WiFi無線技術通過展頻技術、擴頻技術、調頻技術使得數據傳輸過程能夠更大程度上抗干擾，同時接收方對所收到數據進行的Error Checking（偵錯）操作，確保了傳輸數據的正確性，若發現收到的數據中不符合偵錯算法的內容，那么就會使用一定的措施來修復該錯誤，例如要求發送方重新發送被偵察到的錯誤位。收發雙方每次接受通信前都會有3次“握手”的過程[3]，這3次“握手”可以保證傳送數據的雙方能在可靠的連接下進行通信，從而達到設備之間的互通性和資源共享。

5 藍牙通信技術

藍牙用于在不同的設備之間進行無線連接，例如連接計算機和外圍設備，如：打印機、鍵盤等，又或讓個人數碼助理（PDA）與其它附近的PDA或計算機進行通信。具備藍牙技術的手機可以連接到計算機、PDA甚至連接到免持聽筒。事實上，根據已訂立的標準，藍牙可以支持功能更強的長距離通訊，用以構成無線局域網。每個Bluetooth設備可同時維護8個連接。可以將每個設備配置為不斷向附近的設備聲明其存在以便創建連接。另外也可以對兩個設備之間的連接進行密碼保護，以防止被其他設備接收。藍牙的標準是IEEE 802.15.1，藍牙協議工作在無需許可的ISM（Industrial Scientific Medical）頻段的2.45 GHz。最高速度可達723.1 KB/s。為了避免干擾可能使用2.45 GHz的其它協議，藍牙協議將該頻段劃分成79頻道，帶寬為1 MHz）每秒的頻道轉換可達1600次。

藍牙無線通信以時分雙工傳輸方案實現全雙工數據傳輸，工作在2.4 GHz的頻段，具備低功耗、高靈活性、強可靠性等優勢。該技術利用快速確認和調頻方案確保了鏈路的穩定，其采用的調頻技術中基于“偽隨機碼”的快速信道跳變使得藍牙的穩定能夠優于其他系統。與此同時，FEC（Forward Error Correction，前向糾錯）技術[4]抑制了長距離鏈路的隨機噪聲，使得數據傳輸過程更加可靠和更加穩定。基于藍牙技術的無線發射機采用FM調制方式，也降低了設備的復雜性，其數據傳輸過程采用數據包的形式按一定時隙傳送。

6 聲碼器的選擇

聲碼器的優點是數碼率低，因而適合于窄帶、昂貴和劣質信道條件下的數字電話通信，能滿足節約頻帶、節省功率和抗干擾編碼的要求。低數碼率對話音存儲和話音加密處理也都很有利。聲碼器的缺點是音質不如普通數字電話好，而且工作過程較復雜，造價較高。現代聲碼器主要用于軍隊、政府以及那些值得付出代價以換取通信安全（保密）的場合。隨著對人類發聲機構和聽覺機理的深入研究以及計算機技術和大規模集成電路的發展，聲碼器的音質和設備小型化將不斷得到改進，并將在數字通信中得到更廣泛的應用。

現有的數字對講設備方案中聲碼器采用硬件（固件）模塊加入模式，一旦要更換聲碼器整個硬件系統都要重新設計或者重新架構軟件版本，增加了開發周期，不利于系統的更新換代，可擴展性差，我們的平臺可支持多種聲碼器模式，并將聲碼器移植到處理器當中，可在原有硬件基礎上隨時更換聲碼器版本，有利于生產廠家對產品的更新換代，可以大大縮短產品的上市周期。

7 開放式多媒體應用平臺的技術優勢

雙核處理器方案，可以減小系統體積，降低電路的復雜性，對通信協議能做較好的兼容，升級空間大，且LT1901A集成了高性能的ARM926EJ-S，ZSP540 DSP核，適配各種接口與外設，具有較強的處理能力、較低的功耗和較高的性價比。

IP互聯互通，即采用WiFi技術、藍牙技術與互聯網技術實現真正意義的網絡化的中繼和集群功能。

獨特的數字語音加密算法讓無線語音通信更加的安全。

高效的抗干擾技術。利用語音去噪算法和語音增強技術，使處于復雜噪聲干擾環境下的數字對講設備具有優質的語音傳輸質量。

聲碼器的應用有可選國產芯片的余地。

該平臺還可以引入更多的應用，比如視頻、娛樂、動畫等功能。

8 結語

該文實現了一種數字對講機的開放式多媒體應用平臺設計。多媒體應用平臺的設計主要是以雙核處理器LT1901A為核心處理器具體實現的。同時本多媒體應用平臺還具有WiFi/藍牙、IP互聯功能，突出了高端通信的特色，與互聯網技術實現了真正意義的網絡化。聲碼器可選國產芯片的余地，大大降低了平臺設計開發成本，而且本平臺可增加多應用的引用，比如視頻、動畫、娛樂等功能的加入，使得本平臺的應用范圍更為廣泛，而且對平臺后期的可升級性與可維護性都是做了充足有利的基礎準備，有助于推動對講機行業的升級換代和可持續發展。

參考文獻

[1] 張鑫鋒.嵌入式多媒體終端的WIFI功能研究與設計[D].上海：華東師范大學，2009.

[2] 喻宗泉.藍牙技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2015.

[3] 溫曉軍，文光斌.基于IEEE802.11標準的無線局域網組網方案[J].計算機應用研究，2002（3）：120-122.

[4] 陳燦峰.低功耗藍牙技術原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2013.