（计算机应用技术专业论文）hmp的研究及在一种语音板卡上的实现.pdf

h m p 的研究及在一种语音板卡上的实现 摘要 随着计算机计算能力的大幅提高，h m p ( 主机媒体处理) 逐渐成 为一。种可能，并成为这几年新兴的研究热点。本文研究了h m p 的应 用和参考体系结构，并基于东进u s b 模拟电话接口硬件，结合c t i 传统技术和数字信号处理算法，设计并实现了h m p 软件。 本文首先简单介绍了c t i 技术的发展和h m p 的概念，接着论述 了研究和实现h m p 的意义。 其次，文章对相关的h m p 技术和u s b 进行深入研究，详细介绍 了h m p 的应用和参考系统结构，阐述了各个组成结构的功能；接着 介绍了u s b 总线的一些特性，并描述了一个如何使用u s b 总线驱动 程序的方法。 接着，文章介绍作者如何在东进u s b 模拟电话接口设备的基础 卜，没计并实现h m p 软件。先介绍项目的背景和总体设计，接着讲 述h m p 软件和编程接口的模块及其功能，以及实现时遇到的一些难 点和解决方法。 最后，举出了系统的测试情况，并对作者的工作进行了总结。 关键词 c t ih m p 主机媒体处理u s b 设备驱动数字信号处理 t h er e s e a r c h0 nh m pa n dt h ei m p l e m e n t a t i o n b a s e do na nu s ba n a l o gv o i c ed e v i c e a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fc p u s c o m p u t i n gp o w e r , h m p ( h o s t m e d i ap r o c e s s i n g ) ，b e i n gt h ec e n t e ro fi n t e r e s ti nt h er i s i n gr e s e a r c hi n r e c e n ty e a r s ，h a sb e e nb e c o m i n ga nr e a l i t y t h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e s t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fh m ps o f t w a r eb a s e do nu s ba n a l o g v o i c ed e v i c eo fd o n j i n c o m b i n e dw i t ht r a n d i t i o n a lc t i t e c h n o l o g y a tf i r s t ，c t it e c h n o l o g ya n dh m p t e c h n o l o g ya r ei n t r o d u c e di nt h i s p a p e r t h e n t h es i g n i f i c a n c eo fr e s e a r c ho nh m pi sd e s c r i p t e d i nt h e f o l l o w i n gp a r t ，h m pt e c h n o l o g y a r e d e s c r i p e dd e t a i l e d l y , w h i c hi n c l u d et h ea p p l i c a t i o na n das o f t w a r er e f e r e n c ea r c h i t e c t u r e t h e n u s bi sa l s od i s c u s s e d t h ep r o p e r t yo fu s ba n dh o wt ou s eu s bb u s d r i v e ra r ed e s c r i p t e d a tl a s tt h e p a p e re x p l a i n s h o wt o d e s i g n a n dr e a l i z et h eh r i p s o f t w a r eb a s e do na na n a l o gv o i c ed e v i c e f i r s t l yt h eb a c k g r o u n da n dt h e p r i n c i p l e s o fd e s i g n i n ga r ed e s c r i p t e d t h e nt h ea u t h o rd e s c r i b e sa l lt h e m o d u l e so fh m ps o f t w a r ea n da p i ，a n de x p l a i n sh o wt oo v e r c o m et h e p r o b l e m se n c o u n t e r e d i nt h e p r o j e c t w h a t sm o r e ，t h ea u t h o ra l s ol i s t st h et e s tr e s u l t so ft h ep r o j e c ta n d g i v e sa c o n c l u s i o nt oh i sw o r k k e yw o r d s c t i ，岫u s b ，d e v i c ed r i v e r , d i g i t a l s i g n a lp r o c e s s i n g 独创性( 或创新性) 声明 奉入声甥】| 舞至交懿论文是本久在导疼摇导下进葶亍载臻究王终及取褥瓣磺究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表域撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学绒其他 教弯摄擒靛学位或涯露使用过的秘瓣。与我一躁王终的鼹惑对本硬究蹶徽懿任 何贡献均已在论文中伟了明确韵说掰并表示了谢懑。 申请学位论文与资料若有不炎乏处，本人承担一切相关谢任。 本人签名；日期； 关于论文使用授权的说明 学能论文作者完众了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 疆究生程校攻读学键期阕论文工俘靛知识产权攀位属j e 京邮电大学。学校蠢权保 留并淘黧家有关部门躐枫秘送交论文的复印锋藕磁盘，允许学位论文被查阔和借 阅；学梭可以公布学位论文的全部躐部分内容，可以允许采用影印、缩印戚其它 复制手段保存、汇编游位论文。( 僚密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：零学谴论文嚣予绦密在一零解密嚣逶髑零授权书。 绦密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导烬签名： 日期； 目联： 北京邮电大学硕士研究生学位论文h m p 的研究及在永藏语音板卡上的实现 第一章概述 本文主要描述了作者在硕士论文期间对课越的研究成果，所作的工作以及在 这些工作中获得理论上的提高。 1 。饼究鹜景 随赞人们生活水平的不断提高和科学技术的不断发展，电话网络进入数字化 对代，计鹱枫技术也广泛应属于通镶领域。放早麓数字遥售较零代替模数遴绩技 术以来，计算机已经不只是简单髂为电信交换和梅输网络的控制部分雨存在，雨 是逐渐演变成语音通信的一部分，将智能化的语音延伸到通信网络的每个角 落。这种计算机电话集成技术( c t i ) 的发展从简单的语音信箱应用开始，很快 发震莛张了骜栽秘遣务、交蔓式瘦签系统、邀落会谈援零、 p 秀话技术等，莠 且已经遂步渗透到无线通信网络和多媒体网络中。 c t i 技术需要有相应的硬件平螽作为支持，这种硬件平台称为语音板卡。一 些c t i 蒸破疆磐厂亵粼磅裁了叁蠢豹语音扳卡皋瀵是枣场嚣嚣。 较著名的厂亵 包括国辨豹i n t e l - d i a l o g i c 和n m s ，国内的深绷寒进和杭州三汇等。这些传统的 语音板卡有一个共同特征，即依托于计算机( 瞽通p c 或工业控制p c ) 这一实 体本身，农提供电话嘲模拟或数字羧日的同时，利用p c 内郝的u s b 总线、p c i 总线或畿c o m p a c tp c i 总线与诗算税逶信，峦袄卡上戆d s p 完成媒体语音楚瑾， 计算机上的主c p u 党成呼叫处理及核心控制。语音板卡支持多少话路，豳该板 卡上d s p 的数量所决定。 这耱褥统懿处毽貘式，毽豢塞了三夺运蘧： 一、在一些小型的企业级应用中，用户首先考虑的是成本因素。采用c t i 技术构建的平台，由于语音板卡的价格并不便宜，导致系统的成本也居商不下。 在这秘媾摁下，有些蠲户往往会采翅其它瓣謦健方案。 二、传统语音掇卡的硬件特征，使得应用系统的配置不够灵活。语音椴卡是 依靠d s p 进行语音媒体处理的，每个d s p 一般都能处理4 或8 个话路的语音。 因此，谖鸯扳卡所支持的话路一般墩是4 或8 的倍数。当系统霭要的话路不是4 静倍数辩，空余酶d s p 处理麓力就浪费捧了。 三、当前很多电信级的应用，在项目推广的时候，都是以省级为单位。同一 套应用系统需要在省内各个地市进杼安装。在这种情况下，德犍需要大量的安装 人员带麓设备羲 圭各薅逡雩亍系统瓣安装移调试。运释重复劳动戳及运输设罄瓣时 间，将影响应用的推广速度。 第1 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文h m p 的研究及在东进语音板卡上的实现 为了解决上述问题，可以将h m p ( 主机媒体处理) 技术与传统的c t i 技术 相结合。一方面，利用计算机上的主c p u 进行媒体语音处理，在板卡上只保留 模拟电话接口或数字电话接口，与主机之间只进行简单的通信。由于将d s p 的 语音媒体处理功能转移到主机的c p u 上，在硬件上省去了d s p 的成本，大大降 低了应用系统的成本。另一方面，主c p u 的最大媒体处理能力可以通过软件接 口灵活地设置，这样用户就可以灵活地为应用系统配置合适的媒体处理能力，避 免了浪费。此外，h m p 可以通过i p 网络进行通信，无需采用硬件设备。由h m p 软件和应用程序所组成应用可以迅速地通过网络发往各地，进行安装，大大加快 了该应用的推广速度。 目前，世界上只有i n t e l 公司正式发布了商用的h m p 软件。在作者课题研究 的过程中，有幸参与了深圳东进公司的u s b 模拟语音盒项目的研发，并根据实 际需要，提出了基于h m p 技术的系统实现方案。该方案在一个模拟语音接口板 的基础上完成了h m p 软件，由计算机上的主c p u 来完成语音媒体处理算法，并 实现了c t i 技术中关键的模拟呼叫处理过程。在此平台的基础上，可开发各种媒 体处理算法和协议栈，如传真算法、会议算法和h 3 2 3 协议栈，实现包括传真服 务器、电话会议和电话服务器在内的c t i 应用。 1 2 相关技术国内外现状 1 2 1c t i 技术 c t i 技术，即“计算机电信集成( c o m p m e r t e l e c o m m u n i c a t i o ni n t e g r a t i o n ) ”， 是由传统的“计算机电话集成( c o m p u t e r t e l e p h o n yi n t e g r a t i o n ) ”演变而来。它 是通过某些硬件和软件，将电话网和计算机网集成为一体的技术。它使语音和数 据服务融为一体，以电话为接入手段，以计算机为处理平台，在一个终端上得以 实现录放音、收码( d t m f 、f s k ) 、自动拨号、振铃检测、摘挂机控制与检测、 信令检测、转接内线、线路监控、传真、数据传输、主叫号识别等基本呼叫处理 的功能。 c t i 在国外已经特别普及，国内随着近几年电信业的发展，也渐渐形成稳定 的产业。其应用领域，从最初的“证券委托”，逐步拓展到邮电通讯、信息服务、 办公自动化、金融、公安、医疗、商业、娱乐、交通运输、工业生产及社会生活 等各个行业，广泛应用于电信增值业务、中小企业内部交换机( p b x ) 、信令网 关、媒体网关、呼叫中心( c a l lc e n t e r ) 、语音信箱( v o i c em a i l ) 、交互式语音应 答系统( i v r ) 等方面。随着电信技术和计算机技术的进一步发展和融合，文语 转换( t t s ) 、语音识别( a s r ) 、传真合成、i p 电话等新兴技术也加入到c t i 第2 页 整塞塑垒盔堂篓兰壁塞圭茎筮途茎望翌鏊瑟瑟窭垄鲞垄量蓬堑圭圭鳖塞鍪 的应用中。 ，2 ，2 ，h m p 搜米 h m p 是h o s t m e d i a p r o c e s s i n g ( 主梳媒体处理) 的简称。它愚嫩近一两年程 c t i 领域中起的一种将核心通信处瑗功能从专门的数字信号处联器( d s p s ， d i g i t a ls i g n 越p r o c e s s o r s ) 转移到主机微处理器上的技术。 h m p 可潋构建新的c 秘体系檠梅，镪含i v r 、诿酱处理、传粪、会议、v o 臻 簿功能组件。 h m p 是一种全新的技术。从全球范豳来看，i n t e l 是全球第一家也是唯一一 塞涛h m p 囊爱证爨公磷，它在2 0 年发枣了蘩予h m p 蔽零懿i n t e l n e t s t r u c t u r e t m 主机媒体处理软件。 1 2 3 数字信号处理算法 数字藩鸶楚理算法，楚数字遥藩颧域凌毖不霉少豹维戎都分。意获鼗字绩号 为对象，对篡进行计算、修改、删除、溅化等处理，凝体体现为数宰滤波、快速 傅立叶变换( f f t ) 、相关运算、卷积、频谱分析、衡函数等运算形式，最后邋 麓震要魏结鬃。 数字信母处理算法通常蹙由专用的d s p 处理器执行的，以傈诫运算的速度 和实时性。然而，随着c p u 运算性能的逐渐提高，猩一些应用中国经出现了让 c p u 执彳亍数字信号处理算法的趋势。 针对各个其体应用静数字信号处理箨法在毽界藏瓣汾褥到了广泛静研究，慕 些领域甚至形成了通用的处理算法。为了在迅速地开发需要带有数字信号处理功 能的系统，人们可以借鉴、修改甚至采朋这些通用的爨法。本文就是采用通用韵 d f t 算法来诗冀话音在莱个猿段懿裁鬃穰。 1 2 4 u s b 总线技术 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) ，亦即遇用串行总线。它 三l 其方便的即插即用和 熬捶拔特毪，黻及鞍毫熬铃输速率，裁兔p c 领域广蔻应霜戆箨浚连接怒范。缀 多打印机、数字存储设备、输入输出设备、数码相机以及m p 3 镣其它周边设镛 都支持u s b 接口协议。目前，国内外蒋遍采用的是u s b l 1 和u s b 2 0 规范。 本系统袋耀戆是u s b i 。1 矮蓬，它激裹支持1 2 m b p s 瓣建浚速浚，主要瘦爝 在低速和中落传输要求的场合，完全满足系统的需求。 第3 页 i e 京塑电大学磉黪究生擎位论文h m p 熬磅究鬣在末进语音扳卡上豹实理 。3 研突和实缆h m p 的意义 骚突舔实瑷h m p 憝菲鬻鸯意义戆，主溪俸嚣程戬下三个方面： 1 h m p 披术可以大大降低c t i 应用系统的成本，提高它的竞争力。c t i 应霜系统的成本一般由软件成本、硬件成本和施工维护费蠲等组成。 目前，购买语音板卡的支出一般占了c t i 应用系统的一半以一e 。大多 数企业都重视对成本的控制，尤其是一姥中小企业，他们对c t i 应用 的成本 常敏感。当罪静皮用方案均囊爨或实耀效暴蒺别不是太大的 时候，这些企业往往会选择价格较低的方案。基于h m p 技术构建的 c t i 瓣凌方案，由予省去了大部分靛硬件残本，大大降 羲了整个方案 的成本，因而极大地增强了方案的竞争力。 2 采用h m p 技术，使用户能够更灵活、更迅速地配置他们的应用系统。 h m p 技术是一秘纯款件黪技本，可以不嚣要嫒俘的焱拷。当用户霉 薅在外地安装他们的应用系统时，只需隳将h m p 软件和成用程序通 过网络传送刭基熬蟪进行安装，从瑟逶邃遣搭慈茭应麓来。魏终，疆m p 可以通过软件接口来改变媒体处理资源的数量，这样用户就能够灵活 逡配蠢系统掰需要鹣资源。 3 。当前，世界上只畜i n t e l 实现了意用佳黪h m p 软传产黠。磷究势实现 h m p ，可以进一步推广h m p 的威用，在商业上合理的回报。 1 4 作者完成的主要工作 在论文完成期间，我完成的工作有以下几个方面： 。了解c t i 熬发震窝淼霜，茭孛羞萋研究h m p 鹣蕊鸯发震获况苏及实 现h m p 所需的几个关键技术。 2 分析采用了h m p 技术的东进u s b 模拟语音盒的市场需求，撰写可行 性掇告。 3 编写东进u s b 模拟语音盒项目软件部分的总体设计说明，并通过了 东迸公司研发中心的评审。 4 。缀写该语啻疯矮凳软馋帮分数代码，包撬u s b 设冬驱动趱痔 ( d j u s b s y s ) 和用户编程接口( 动态链接库d j _ u s b d l l ) ，从而 实瑷了圭裰媒俸憝惑。 5 。编写该语音盒豹测试程序，并提交研发中心凌郎的测试组进行测试。 第4 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文h m p 的研究及在东进语音板卡上的实现 1 5 论文的内容安排 本文主要分为四部分：介绍、研究、实现和总结。 介绍部分包括第一章，简单介绍了项目的研究背景、相关技术的国内外现状、 研究和实现h m p 的意义以及作者所做的工作。 研究部分包括第二章和第三章。第二章对h m p 的应用和体系结构进行研究， 阐述了h m p 的体系结构以及各个组成部分的功能。第三章介绍了u s b 总线的一 些知识和使用总线驱动程序的方法。 实现部分包括第四、五、六、七章，阐述了作者如何在东进u s b 模拟语音 盒上实现h m p 软件。第四章介绍了作者参与的u s b 模拟语音盒项目的设计背景。 第五章介绍了作者编写的u s b 设备驱动( h m p 软件) 。该驱动实现了f s k 解调、 d t m f 解调、语音能量分析、语音格式转换等媒体处理算法。第六章介绍了作者 编写的h m p 软件编程接口，它是通过w i n d o w s 上的d l l 来实现的。用户利用 该接口来编写他们的c t i 应用程序。第七章描述该项目的测试情况。 总结部分为第八章，分析了系统的特点、作者的成果和贡献，最后指出了工 作的不足之处。 第5 页 藏衮郯毫大学颈士磅究生学缱论文珏h p 戆磷襄及在东迸谖港援专上夔窭蠛 第二章h m p 软件的应用和体系结构 本章簿烹簧内骞：对童税媒律照瑾的应用的奔缓；一个较完熬豹h m p 软 件体系结构，以及对体系中各部分组件的功能介绍。h m p 软件具肖可裁减性， 通过选择相必的组件，用户可构建具有不同处理功能的开发平台。 2 主机媒体处理的应用 h m p 软件，主要用于谯普通服务器上进行媒体处理的任务，厮光需专门的 疆终支持。馊搦h m p 软转挺供豹媒蟀黢务，藏藐够搦建毫灵活豹、鼍扩充夔、 低成本的媒体服务器。 用户在寂装完h m p 软件后，所有的媒体处理都由主机的处理器完成。用 户可以通过撼废数a p i 接踊，和使用传统静c t i 语紊叛卡一样，捺建鑫己熬应 糟系统。因诧，h m p 软伟提供的基予主褫的资滚应该包括： 放音资源 录鸯资源 音诫检测和生成涤源 d t m f 、f s k 检测和生成资源 t t s 瓷源 语裔议剐资源 i p 电话媒体资源 传冀资源 会议滏源 h m p 软件提供的这热媒体资源，使用户可以像使用传统的c t i 语音板卡那 樱进行班下一些应薅： 1 文件放音一将计算机硬盘上的文件中存储的雒律或a 律的声音数 据，通过放音资源转换成滤话线路中的帮频。文件放街几乎是所有 鲍c t i 应用中必不可少的个功能组件。 2 交互式语音鹰答( r v r ) 一该应用将对按键码的检测算法和文侔放 街结合起来，为用户提供一个自助服务的平台。用户谯语音提示的 帮助下，通过按键码和系统进行交互，找到需要的服务。 3 。会谈一逶遗会议资源，将添密流合并在一起，形藏三方会谈。霾蔫 第6 页 垄室黧塞盔堂壁兰登塞篓堂建造塞蹬呈鳖鉴墼建奎鎏蓬窒錾童尘箜茎邈 缳多众业毂电逶会议系绞戏电落q q 嬲天系绕等，都是会议的一垫 具体应用。 4 t t s 一秘甭竹s 资源，将一段文字转换成语警数据流。t 1 s 在许多 查询系统和同一消息系统中得到了广泛应用。 5 i p 电话一将话机接收到的语音流转换成分组，通过分组网络( 如 i n t e r n e t ) 传送到瓣溃，套转换藏暹话线路串豹语音溅。 数字信母处理般都褥要很大的计算量，利用主机上的c p u 进行数字信母 处理，具体劐菜个凝号的c p u ，它所能支持的最大话路数怒有限的。现在戳i n t e l 发布的h m p 软彳牛为例，介绍该软l 牛套几种不同的c p u 上的实验结果和预期性 能。 i n t e t 笈鑫瓣h m p 软锌，农i n t e l 瓣获5 6 6 m h z 餮2 g h z 静c e l e r o n 帮 p e n t i u m 处理器上，已经对文件放音、i v r 和会议算法完成了实现、优化和测 试。圈2 1 中的实线表示实验警中的测试结莱。i n t e l 自蠢的强称是实现这些算 法，劳扩展到更高速的i n t e l 圆p e n t i u m 处理器，双路、四路、熬至八路蜘烈圆 p e n t i u m 处理器，i n t e l x e o n 处理器、以及i n t d i t a n i u m 处理器。图2 1 中鲍艨线显示7i n t e l 鼹皴望貔凌未来瓣实现孛将雩譬爨的续暴。 善一；：萼二。 e 曲_ 滩# h 嘲萨捌暂瓣。娜罐s r # 抽醛2 阳h “蝌廿埘瀚0 s 群 p 1 目畔阳n c l m 。_ m c 8 。r 。一。一。w r p 4 岫髑举嗍洲“i 殚髑8 带 图2 - 1i n t e lh m p 性能曲线阐 2 2 。媒体服务器的网络构架 模块化的下一代网络将把语音和数据融和到一个分组的基础网络中。两种 主要的架援都毙够部署这秘媒体照务，它翎分裂是茨电路交换为基礁鲍网络接 第7 芟 北京邮电大学硕士研究生学位论文h m p 的研究及在东进语音板卡上的实现 口和以包交换为基础的i p 网络接口。图2 2 显示了这两种架构。一个完整的h m p 软件都应该支持这两种架构。 基于包交换的i p 网络仅需要以太网接口。由于以太网的普遍存在，为标准 的w e b 计算平台、台式电脑和笔记本电脑配备以太网卡已经成为一种必要。结 果，在标准的w 曲计算平台上部署以太网电信媒体服务器，只需要h m p 软件 而无需其它语音处理硬件。在以太网中可以部署基于以太网的电信媒体服务器， 同时为传统的电路交换用户和基于m 的用户提供语音媒体处理服务。 图2 - 2 主机媒体处理网络 同样类型的w e b 服务平台，可以用来在软交换应用中完成呼叫处理功能。 只要h m p 软件和软交换一起运行在同一台服务器中，电信媒体处理服务就能 够被轻易地加入到这些网络中。这种新型的部署方式将取代现在大量使用的专 业媒体处理平台。使用相同的硬件体系将带来巨大的经济效益，因为成本、培 训费用和集成管理费用将会大大减少，这将使网络和企业服务提供商的总体成 本显著降低。此外，可以通过软件升级的方法来加入新的功能。因此，这种部 署方法将加快应用产品推向市场的速度，并加速了创新的周期。 将媒体服务器和传统的电路交换网或a t m 网进行连接，需要额外的电路网 络接口卡。电路网络接1 ：3 卡不仅提供电路交换线路接口( 模拟环路、数字 i s d n b r v b r a ) ，电路交换的大容量中继接i z l ( t 1 e l j 1 ，e 3 t 3 ，o c 3 ) 。一个典型的电 路网络接口卡包含以下一些基本组件： 第8 页 l 寒瘁电i 文学磉士疆究圭学袋论文h m p 戆舔究及在末送溪整叛专上静实瑷 铜线溅光纤终点处的线路接口单元。 第一层协议的数字接口调梭器，或对予模拟接口的编解码器 ( c o d e c ) 。c o d e c 瓣 乍霜燕褥模毅语音蠡弩转换液数字信号。 计算机上标准的p c i 接口、u s b 接口或c o m p a e t p c i 接口。 为了实现大容量的中继接口，电路网络接口卡也包含一些特殊的部件，来 撬纯霹势复掰中蕊管逶毒乏数疆，鞋及在i s d n 纛7 譬僚令系统孛实瑷毫罄数掭 链路控制功能。电路网络接口卡将语音数据以数据流的方式式送入计算平台， 时延非常小( 媳型情况下小于8 毫秒) 。接下来由计算平台完成媒体处理，如果 金逶豹话，魂貔完成浮联羧裁售令熬楚懋。 为了支掩不断发展的数据网络，市搦上的高密度卡( t 1 e l j 1 ，t 3 e 3 ，o c 3 ， a t m ) 将会越来越普及。简单的电路网络接口卡成本很低，能够插列标准路由器 中佟为广域刚的接口。它们也可以运行i 箕平台来安魏路由功能。只要电路网 络接叠卡的设计趋于标壤偬，它稻赣能够像市场圭的淡太网卡一样褥虱广泛发 展。这种发展将促使接口卡的成本降低，并且能够使它像现在的以太网卡一样， 向即插即用的兼窑性发展。 2 3 h m p 软件的参考体系接口 强2 3 鬟瀑了一令较宠憝瓣珏豫，软转参考钵系绫载。这令薅系结构定义了 各种接口静需求，同时具肖支持基于电路和基于分缀的媒体服务器的功能。 图2 3h 肝参考体系结构 粥g 页 越豪郏电大学瑷掰究生学位论文h m p 静毳珏究及在衷遘潺啻扳卡上戆蜜潍 里2 ，3i - i m p 参考储累结毒每 该参考体系结构有五个主要的功能组件： 1 h m p 软件 2 ，邀镶潮接口 3 。语青和数据存储接口 4 ，h m p 软件编程接口 l 5 + 标准专卡冀平台 2 。3 1 。h m p 软件 h m p 软件支持两个主要功能：语啻媒体处理算法和软件语密交换。 l 、谬啻媒体处理箕法 语音媒体处理算法支持语音处理资源的功能：文件放音、i v r 、会议和传 寞等。然纛，仅仅开发窭算法怒远远举够豹。要建立一个完整静语音媒体盐簇 框架，有两个方面值得注意： 根据不同的网络部署来调整算法 擐攥不霜浆平台来毯纯爨法 同样的媒体处理算法的代码，在不同类型的c p u 上运行的效果是大不相闲 的。嗣此为了提高媒体处理算法的性能，需鬻先选定某种获型的媒体服务器， 然屠针对掇据该服务器的c p u 对算法进行优化。一般来谈，算法代码最好躅c 语言编写。这样的代码可以较好地在不同的平台上进行移植。有些运算次数非 卷多的钱璐霉鞋爰汇壤落言编警，然螽淘嵌劐c 枝玛孛，激提蔫运嚣效率。 2 、软件语青交换 媒体服务器中一般都有众多的媒体资源，例如中继资源、文件、会议资源 等，这些资源之间经常需要交换语音数据。举个最简单的例子，现在肖个用户 封入菜个公司的i v r 系绫。一开始该系统就嚣要为用户播放闻候语：“您好l 这 里是莱菜公嗣。”攒放问馁语的这个动作就需薅将媒体服务器硬盘上某个语音文 l 牛蛉数据交换到中继资源上，这样用户才能瞬到该文件蛇声啻。 h m p 软件应冀持资源、文件和第三方的资源( 例如语音识别和t t s ) 进行 语耄数据黪凝囱交换。媒俸交换必绥程菲常缝戆簿惩海，与瓣终接日遴李亍数据 的双向传递。对于像会议那样的对实时性较敏感的业务，端到端的延迟必须小 于2 0 0 毫秒，这样入才不会感鬣弼有黧迟发生。h m p 软彳牛框架对会议的支持一 第10 页 垄塞鳖叁鲨堡圭登窒皇堂筵鲨塞h m p 叁! ；： 竖塞及在东进潦音援卡上的实瑗 般零要小予5 0 毫秒，是寒撰避端到蠛豹延遮不超越1 0 0 凝秒。 2 3 2 + 电信网络接口 网络接口提供了与电路网络或客户设备( 例如模拟或数字电话) 的连接，玄 稻奁游嚣戆部署环境一繁中定义过。h m p 软释参考体系绪梅定义了两类网络接 口： 以太网接册卡 电麓翳络接口卡 这些接口通过计算机操作系统中的标准的设备驱动程序，将数据输送到计 算平像。 1 、以太网接口卡 浚太礴络接誓卡按熬标准瀚i e t f 实对传输徐议，将语音数据与诗冀平螽 进行交换。媒体处理框架根据r t p 数据进行分类，并在应用程序控制下，将媒 体内容输送蒯媒体处理资源中。同样施，采裔于放膏资源或其它媒体资源的数 据，将从媒体处理框架中输送剿以太网卡。如果运蓠商秘系统煞成商都转而使 用相同的以太网构架来处理语街和数据，支持语音的计算机服务器就能够在不 增加疆 孛豹壤糖下，直接地融入至l 网络中。遽秘聚会懿赠络燎熨抉并熨经济她 实现解决方案。 2 、呶路网络接口卡 电路网络按翻卡，以经过缓冲的t d m 的格式并通过标准总线( 如p c i 、 u s b 或c o m p a e t p c i ) ，积诗算乎台进行语音数据鲍双囱技竣。弱以太网卡一横， 媒体处理框架对t d m 数据进行分类，然后遴到媒体处理框架。中继电路接口， 在篌溺像w r 、会议、溃怠或滠音谖弱尊将辣蜜源之翦，遥常瓣要进行霾声季牵 制。 电路媒体接翻同样娥理数字信令协议( i s d n 或7 号信令) 。这些协议需骤 h d l c 或瀵息传簸部分i ( m t p l ) 帮麓二层豹链路谚闯d 协议，消息传输部分 2 ( m t p 2 ) 来处理固定顺序或混合顺序的数据。下述的体系结构之一将完成这烂 镑议： 由电路媒体接口扳上的专用硬件来处理第一层协议 由计算平台上的软件米处理第一层协议 经矮毫路接黼缀上游专焉凝俘静优点，蹩能够洚低诗算平螽链理第瑶镑 繁11 妥 北京邮电大学硕士研究生学位论文h m p 的研究及在东进语音板卡上的实现 议的开销。h m p 不一定都支持这两种信令协议处理的方式。在开发h m p 软件 的时候，开发人员可以考虑是支持其中一种方式，或是两种方式都支持。但是 在两种方式下，信令协议都将在第二层中止。通过信令控制接口或者标准的协 议，例如i s d n 使用的简单计算机电话协议i s d n 用户适配层( s c t pi u a ) 或7 号信令系统使用的简单计算机电话m t p 3 用户适配层，第三层的数据包与应用 程序进行交换。一个标准的电路网络接口卡应允许服务提供商在两者间进行选 择，无论是多电路网络接口卡类型( 例如模拟、b r i 、t 1 e 1 j 1 、d s 3 等) ，还是 在即插即用方面兼容h m p 软件架构的其它厂商的产品。 2 3 3 语音和数据存储接口 大多数电信媒体处理应用都需要播放语音。例如个自动8 0 0 服务的呼叫 中心，为了支持多语种和多种服务，将需要存储超过1 0 万条的语音文件。在消 息应用程序中，语音邮件和传真邮件也是以文件的方式进行存储。为了帮助实 现这些需求，只要这些文件存在标准计算机的磁盘或闪存中，h m p 软件都应支 持从文件中读取数据和将数据保存到文件。h m p 软件一般都使用标准的操作系 统文件来读取数据，这使得操作人员能够选择存储的类型。 2 3 4 h m p 软件编程接口 为了与各种工业体系结构和各种标准工业接口进行集成，h m p 软件需要实 现以下四个方面的编程接口： 呼叫信令和呼叫控制 连接控制 媒体控制 管理 此外，为了提供软交换和应用服务器的解决方案，h m p 软件还需要提供支 持即插即用接口的符合工业标准的编程接口。 1 、呼叫信令和呼叫控制 呼叫信令和呼叫控制提供的服务是通过与网络的交互，在两个语音终端之 间建立一个语音对话。它使用5 种主要的语音网络呼叫信令协议之一：带内( i 己1 和r 2 ) 、i s d n ，、s s 7 、h 3 2 3 或者会话发起协议( s i p ) 。 呼叫控制是h m p 软件中的可选部分。它在参考体系结构中有定义，并指 定了媒体处理资源的必要范围，还可以把与媒体流相关的呼叫信令数据传送到 第12 页 i i 塞夔皇盔堂壁圭登蕉圭兰建鲨塞篓型兰塑竖塞垄盔奎鲞遂童堡墨圭箜塞壅 应建级别鹣呼蹉鲶理珐熊( 铡魏炊交羧) 。另努，它踺支持一体他解决方案孛螅 呼叫控制非常有用。支持v o i p 的h m p 软件还应包含h 3 2 3 呼叫控制协议栈和 s i p 镑议筏。毙癸，为了藩容其它产菇，臻潮获释还应为瘸户掇供了与第三方 呼叫控制协议栈集成的机制。 总的采说，该体系结构假设应用程序将与在h m p 软件外部的呼州控制进 章亍交聂，并定义了每媒体处理资源通过呼叫控制建立一个诱毒连接躲协作方式。 它使得o e m 厂商和服务提供商，能够根据威用的具体需求，采灵活地集成饭 窍主流豹移按露l 体系终梅。 2 、遥接控制 遇过控露h m p 软馋交换敞置，连接控嚣4 能够让应用程序控划俺时悔语蠢 流( 电路数字信令层次o d s o 】，或i pr t p 会话) 连接到媒体资源。浚接控制 接口瞧能够佼应熙程_ 亭焱嚣令添音滚( 铡掘个毫落孛豹鼹方) 之藏载臻一令连 接。h m p 软件还废提供了各种资源之间的连接控制接口。在建立r t p 会话、 电路溺卡运攘羁擎离或双囱靛资濠连接对，溺户都链够遴孝亍精继氇控翻。 秘i p 的优点一样，以软件为基础的构架能够通过向穴存段传递指针来进行 数据的移动。这种灵活饿简化了对会议、呼q 中心以及允许连接各种资源的服 务之类酶意缀应弱瓣开发。举令镶子，一个1 0 0 个话鼹的酝霪趣会了1 0 0 个w r 端曰和2 0 个会议端口。邋过软件解决方案中可灵活配置的交换能力，能够动态 遣分凝会议资滚鞫i v r 瓷源，势可戳在这嚣辩资源之阕交换数蘩。在磺捧豹实 现方寨中，会议资源被檄卡上的所有资源专用，或者按照比例进行分配。在腹 用之间交换资源不是穰方便。 另终，盎于馊用了以软件为基础的交换积啦太阙结构，使髑标准的诗算凝 硬件就能实现大规模的交换能力。例如，能够在网络上单独地配置会议资源， 嚣不翔把它侔为i v r 静共享资源。当辫要会议资源时，卡螽i v r 鞭务器都能够 通过i p 连接到这个会议资源上。 3 、媒体控铡 媒体控制是h m p 软件的核心，它为h m p 软件资源和算法提供了编程接口。 寇接媒体羟露接i - 2 为需要稽确诵整翡藏雳程滓( 镶魏实现特殊静回声撺 制) ，提供了精确的算法控制，瓴括控制所需的算法门限和配置，以及输入和输 出( 铡如d t m f 较键码) 。 在稼毽接翌方露，鼗秀已经定义了五耱邀售爨傣擦豢l 缡霆接叠：媒薅露美 第13 贾 北京邮电大学硕士研究嫩学位论文h m p 的研究及在糸进语音板卡上的实现 控制协议( m g c p ) 音频服务器、h 2 4 8 附加m ( h 2 4 8 + 、j a v a * 电话a p i ( j t a p i ) 1 4 媒体、v x m l 粒s a l t 。m p 纛h 。2 4 8 怒麓来灌强支持媒律整务戆连接 控制协议，能够部署猩媒体网关或媒体服务器之上。在下一代软交换中，增强 部分能够使用一种协议来控制所有的网元：媒体网关或媒体服务器。m g c p 和 珏。2 4 8 专、淀予传统电髅网络要求夔羧心媒傣功熊( 铡如瓣终语赘宣壹、话务爨骚 务、三方呼喇等) ，对予从压缩的谱齑格式至l 非鹾缩的格式避 亍编码转换静编码 器，m g c p 接口能够提供天然的识别机制。 j t a p i1 4 媒体、v x m l 和s a l t 鲍目标是提供高级的电信业务。j t a p i1 4 媒体( e c t fs 4 1 妨是一静j a v a 接强，瑗确蠢予支持基本酌媒体遭务窝高级酌语 音业务。目前它还没有获得与v x m l 相同的认可度。 v x m l 和s a l t 用来支持在基于w e b 的应用环境下集成语音识别的功能。 在支撩w e b 鞭务编禚模式豹语耆门户饔语音繇淤瓣哿秘孛，斑逶方嚣，v x m l 得到了广泛的应用。s a l t 扩展了v x m l 的概念，包括支持标准的w e b 脚本 语音( 例如j a v a s e r i p t ) ，以及多方式的应用( 例如然予i n t e l n e t 的电话) 。对于以上 提到的标准编程接隧，h m p 软传缡程接口可以选择秘其中憋几静接霸集成在 一超。 4 、管理 撩体系统提供豹全瑶麓和标壤瓣管理框架，为运营袁移众泣鹩管理系统提 供了有效的互操作能力。对于处理器性能、以太网接口和磁盘，h m p 软件平台 可支持典毅的简单网络管理协议( s n m p ) 和可扩展标记语言( x m l ) 管理。 在胃纛运营蟊嵩效率王程方嚣，h m p 较箨嚣疆镤了三个方瑟戆关键蛰理； 性能、容镄和配置。电信网络接翻、存储、计算硬件的管理信息库( m i b ) ，怒基 于业界的标准容量另外，为了能够谯i n t e m e t 上进行管理，s n m p 版本3 将鼹用 来提窝羹全能力的关键基标。 2 4 小结 在本章中，我们蓠先介绍了主枫媒体处理的一些应用，接麓举出一个h m p 懿参考髂系结褥，对该参考钵系缓梅豹各个功簸缀终进行了深入疆变。h m p 参 考体系缩构包括h m p 软件、电信嘲接口、语酱和数据存储接口、软件编程接 口和标凇计算平台。h m p 的体系结构可根据实际开发的需要，对各个功能组件 进行筛选。 第14 页 北京邮电大学硕士研究生学位论文h m p 的研究及在东进语音板卡上的实现 第三章u s b 总线 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ，通用串行总线) 是一种电缆总线，支持在主 机和各式各样的即插即用的外设之间进行数据传输。u s b 以其方便的即插即用 和热插拔特性，以及较高的传输速率，成为p c 领域广为应用的外设连接规范。 本章首先介绍u s b 总线的一些基本特性，接着描述u s b 设备驱动的编程 框架，最后介绍如何使用u s b 总线驱动程序来编写u s b 设备驱动程序。 3 1 u s b 总线介绍 3 1 1 电气特性 u s b 传送信号和电源是通过一种四线的电缆，图3 1 中的两根线是用于发 送信号。 v b u s d + d g n d v b u s d + d g n d 图3 1u s b 的电缆 u s b i i 规范中存在两种数据传输率： u s b 的中速信号的比特率定为1 2 m b p s ； 低速信号传送的模式定为i 5 m b p s ； 低速模式需要更少的e m i 保护。两种模式可在用同一u s b 总线传输的情 况下自动地动态切换。因为过多的低速模式的使用将降低总线的利用率，所以 该模式只支持有限个低带宽的设备( 如鼠标) 。时钟被调制后与差分数据一同被 传送出去，时钟信号被转换成n r z i 码，并填充了比特以保证转换的连续性， 每一数据包中附有同步信号以使得收方可还原出原时钟信号。 电缆中包括v b u s 、g n d 二条线，向设备提供电源。v b u s 使用+ 5 v 电 源。u s b 对电缆长度的限制很小，最长可为几米。通过选择合适的导线长度以 匹配指定的i r d r o p 和其它一些特性，如设备能源预算和电缆适应度。为了保证 足够的输入电压和终端阻抗。重要的终端设备应位于电缆的尾部。在每个端口 都可检测终端是否连接或分离，并区分出高速，或低速设备。 第i5 页 北京邮电大学硕士研究嫩学位论文h m p 的研究及在东进语音板卡上的实现 3 12 设备层次 圈3 2 演示了一个简单豹u s b 蹴置拓羚。u s b 主控割器与其它i o 设备一 样直接遣接到系统总线上。操作系统与主控制器通信使用i o 口或内存寄存器， 通过普通的中断信号，系统可以接受主控制器的枣件通知。主控制器连接一棵 u s b 设镰瓣。一耱称为h u b 豹设蒜俸为萁它设餐瓣连接点。多令h u b 裁以楚链 方式连接，可以连接列u s b 规范中定义的最大深度。其它设备，如照相机、麦 克风、键擞等等，直接滤到h u b 上。为了精确地表达概念，u s b 使用术语f u n c t i o n 来描述嚣h u b 设备。 图3 - 2 u s b 设备层；允精梅 3 ，3 魁潦 1 、电源分配 每个u s b 单元通过电缆只能提供有限的能源。主机对那种直接相连的u s b 设备提供噻源珙其馒蠲。势置每个u s b 设冬赘霹戆骞鑫己熬纛源。郡些宠念菝 靠电缆掇供能源的设铸称作“总线供能”设备。相反，那些研选择能源来源的 第16 页 j ! 堕墼整盔堂堡主受塞篡堂焦笙奎婪m 照翌塞垄查窭遘堕童堑圭占照盎堡 设备称作“自供电”设备。而且，集线器也可由与之相连的u s b 设备提供电源。 蕤囊，麓入笔察聚转均灸“慧线揆戆”设罄。 2 、电源瞥理 u s b 主橇与u s b 系统存稳譬狻立懿电滚餐爨系统。u s b 豹系统较 譬霹黻 与主枫酌能源管理系统结合共同鲶瑷各静电源事件如挂起、映醒，并且有特色 的是，u s b 设备应用特有的电源管理特性，可让系统软件和控制其电源管理。 u s b 的电源分配和电源管理特性使之可以被设诗在电源键感系统中，妇采 用龟漶羽笔记本电验。 u s b 设备可以唤醒睡眠中的系统。当系统逃入节能状态爝，操作系缆也把 u s b 总线霪入节能状态。一个有远程唤醒特征的设备能发出啖醮信号，信号首 先被送到h u b ，熬蜃又皎h u b 送簦| 囊控裁器，袋嚣枣主控枣l 嚣送 堇系统。 u s b 设备设计者成该知道唤醒特征的一些限制。首先，逡程唤醒功能仅能 工作在谢商级电源配鬣接i ( a c p i ) b i o s 的计算机上，而不能工作在早期的系统 上，这数零襄系统或纛支持a p m 菠毒援本戴没蠢毫添管理黪缝。另一个羧定 在驱动程序的通如上。w d m 提供了一种方法i r pm nw a i tw a k e 魄源 管理i r p ，当设备唤醒系统时该i r p 被发往驱动程序。然而，当u s b