高楊 藥春暉 李琳 薛文霞 于佳杰

摘 要：針對(duì)如何通過以太網(wǎng)進(jìn)行語(yǔ)音傳輸，在某通信設(shè)備中設(shè)計(jì)了一種基于以太網(wǎng)的數(shù)字語(yǔ)音傳輸方案。選用國(guó)產(chǎn)ARM9芯片VT1200作為主處理器完成主控板設(shè)計(jì)，采用IP承載語(yǔ)音（Voice over IP，VOIP）技術(shù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的以太網(wǎng)傳輸。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音傳輸；VOIP；數(shù)模轉(zhuǎn)換；脈沖編碼調(diào)制

根據(jù)某通信設(shè)備的特殊應(yīng)用環(huán)境，通常采用模擬傳輸?shù)募夹g(shù)手段來實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信。模擬語(yǔ)音傳輸實(shí)時(shí)性好，但抗干擾能力弱、電路復(fù)雜。相比于模擬語(yǔ)音傳輸，數(shù)字語(yǔ)音傳輸具有組網(wǎng)方便、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、成本適中但延時(shí)較大的特點(diǎn)。[1]本設(shè)計(jì)利用VOIP技術(shù)，[2]采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（Real Time Protocol，RTP），實(shí)現(xiàn)延時(shí)可接受的數(shù)字語(yǔ)音傳輸。

隨著壓縮技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)開始融合，推動(dòng)了VOIP技術(shù)的發(fā)展。VOIP簡(jiǎn)而言之就是將模擬信號(hào)數(shù)字化，以數(shù)據(jù)封包的形式在IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳遞。VOIP最大的優(yōu)勢(shì)是能夠利用網(wǎng)絡(luò)互連的環(huán)境，提供比傳統(tǒng)業(yè)務(wù)更多、更好的服務(wù)。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)中數(shù)字語(yǔ)音傳輸?shù)墓ぷ髟砣缦聢D所示。

語(yǔ)音發(fā)送過程：設(shè)備通過MIC采集模擬語(yǔ)音，通過脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）將模擬語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成數(shù)字語(yǔ)音，再經(jīng)過A律壓縮編碼，對(duì)壓縮編碼后的數(shù)字語(yǔ)音進(jìn)行打包，最后通過VT1200提供的全雙工網(wǎng)口將語(yǔ)音包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交換。

語(yǔ)音接收過程：設(shè)備通過對(duì)外網(wǎng)口接收語(yǔ)音包，經(jīng)過解包解壓縮提取PCM數(shù)字語(yǔ)音，最后經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換得到模擬語(yǔ)音進(jìn)行播放。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路主要包括：ARM控制及網(wǎng)絡(luò)接口電路、語(yǔ)音轉(zhuǎn)換電路、人機(jī)接口電路和電源控制電路。ARM控制及網(wǎng)絡(luò)接口電路作為設(shè)計(jì)的核心，主要負(fù)責(zé)語(yǔ)音包的打包和解包，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組的接收和發(fā)送，RTP協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及人機(jī)界面等控制軟件處理；語(yǔ)音轉(zhuǎn)換電路用于實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字語(yǔ)音的相互轉(zhuǎn)換；人機(jī)接口電路提供直接對(duì)應(yīng)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(guó)產(chǎn)ARM9芯片VT1200作為主處理器完成主控板設(shè)計(jì)，VT1200是一款語(yǔ)音專用ARM芯片，集成了ARM922T的內(nèi)核，內(nèi)嵌了語(yǔ)音采集功能和兩路以太網(wǎng)控制器，大大簡(jiǎn)化主控板的硬件設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。該處理器具有以下優(yōu)勢(shì)：

a）VT1200內(nèi)部集成了語(yǔ)音CODEC，將語(yǔ)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(shè)計(jì)；采樣率可以通過軟件進(jìn)行設(shè)置，支持8KHz、12KHz、16KHz和32KHz，并且在內(nèi)部集成兩級(jí)運(yùn)放，使得語(yǔ)音A/D、D/A變換具有良好的效果；

b）VT1200集成了專門用于語(yǔ)音信號(hào)處理的加速器，用專門的指令實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(duì)簡(jiǎn)單、可靠；

c）在外圍接口和外設(shè)方面：VT1200接口豐富，提供2個(gè)異步串口、2個(gè)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(shí)只需根據(jù)需求進(jìn)行配置，穩(wěn)定可靠。同時(shí)兩個(gè)控制器內(nèi)部有專門的DMA通道以實(shí)現(xiàn)與ARM922T的通信，極大地減少了CPU的開銷。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)功能要求和總體架構(gòu)，軟件單元分為以下幾個(gè)模塊：

3.1 主控模塊

設(shè)備加電后，應(yīng)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(dòng)其它模塊。

3.2 配置管理模塊

配置管理模塊用來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的板級(jí)自檢與配置。該模塊啟動(dòng)或接收到自檢命令后，向主控板發(fā)送檢測(cè)命令執(zhí)行板級(jí)檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到設(shè)備管理軟件；接收到參數(shù)配置/查詢命令后，執(zhí)行相應(yīng)操作并將結(jié)果發(fā)送到設(shè)備管理軟件。

3.3 通話控制模塊

通話控制模塊用來實(shí)現(xiàn)設(shè)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(shè)備通話狀態(tài)的切換、顯示狀態(tài)的更新及語(yǔ)音控制。

3.4 語(yǔ)音處理模塊

語(yǔ)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(yǔ)音通信連接的建立、維護(hù)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(jié)語(yǔ)

以國(guó)產(chǎn)ARM9芯片VT1200為核心的數(shù)字語(yǔ)音傳輸設(shè)計(jì)具有電路集成度高、開發(fā)方便等特點(diǎn)，該設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在車載通信系統(tǒng)，采用的主處理器具有通用性，為語(yǔ)音傳輸領(lǐng)域提供了相對(duì)簡(jiǎn)單的解決方案，應(yīng)用前景廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]黃永峰.因特網(wǎng)語(yǔ)音通信技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002：41-53.