基于某通信設備的數字語音傳輸設計

2018-05-14 08:47:16高楊藥春暉李琳薛文霞于佳杰

科技風 2018年33期

高楊藥春暉李琳薛文霞于佳杰

摘要：針對如何通過以太網進行語音傳輸，在某通信設備中設計了一種基于以太網的數字語音傳輸方案。選用國產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）技術實現語音的以太網傳輸。

關鍵詞：語音傳輸；VOIP；數模轉換；脈沖編碼調制

根據某通信設備的特殊應用環境，通常采用模擬傳輸的技術手段來實現語音通信。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，數字語音傳輸具有組網方便、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]采用實時傳輸協議（Real Time Protocol，RTP），實現延時可接受的數字語音傳輸。

隨著壓縮技術的發展，數據和語音業務開始融合，推動了VOIP技術的發展。VOIP簡而言之就是將模擬信號數字化，以數據封包的形式在IP網絡上實時傳遞。VOIP最大的優勢是能夠利用網絡互連的環境，提供比傳統業務更多、更好的服務。

1 總體設計方案

本設計中數字語音傳輸的工作原理如下圖所示。

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

語音接收過程：設備通過對外網口接收語音包，經過解包解壓縮提取PCM數字語音，最后經數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，網絡數據分組的接收和發送，RTP協議、網絡協議及人機界面等控制軟件處理；語音轉換電路用于實現模擬和數字語音的相互轉換；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的內核，內嵌了語音采集功能和兩路以太網控制器，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勢：

a）VT1200內部集成了語音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，用專門的指令實現信號處理，并把這些指令作為IP硬核集成到芯片內部，大大提高了處理速度，硬件開發相對簡單、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網口、串行音頻接口，IIC串行通信接口。內部集成內存控制器（控制外圍SDRAM，SRAM，FLASH），網口控制器（MAC Controller），在開發時只需根據需求進行配置，穩定可靠。同時兩個控制器內部有專門的DMA通道以實現與ARM922T的通信，極大地減少了CPU的開銷。

3 軟件設計

根據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，讀取系統配置文件并加載系統參數，參數保存完畢后，根據系統參數啟動其它模塊。

3.2 配置管理模塊

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

3.3 通話控制模塊

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

3.4 語音處理模塊

語音處理模塊根據通話控制模塊的本地通話狀態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，本地狀態顯示信息的處理與發送。