VOIP语音终端硬件的设计与实现

50江苏广播电视大学学报JournalofJiangsuRadio&TelevisionUniversity2008.3Vo.l19VOIP语音终端硬件的设计与实现单珊江苏广播电视大学,江苏南京210036摘要:设计并实现了一个VOIP语音终端的硬件电路,并对电路实现中几个关键技术(如MPC860与TMS320VC5416的接口等)进行了重点分析。实践表明,该终端通话质量良好,具有较高的可靠性,相比目前一些专用的VOIP话音终端具有更强的可扩展性。关键词:VOIP;NGN;语音终端;硬件电路中图分类号:TP33412+4文献标识码:A文章编号:-(2008)-IP网络可以融合数据、话音和图像,产生大量增值业务,IP(]overIP)I,PSTN.G.,SIP协议,该终端使用可靠,实现了良好的话音质量。,因此VOIP技术在IP网络代替PSTN网络的进程中扮演着举足轻重的作用,只有当VOIP技术能够实现接近甚至超过PSTN的语音质量时,IP网络才可以在真正意义上取代PSTN网络。当前,VOIP不仅指通过IP网络提供实时语音通信,而且是包含语音、图像和数据、支持各种智能业务的网络通信技术。VOIP技术可以节省网络带宽,节省长途费用,另外,借助Internet传输各种业务已经成为大势所趋,大力研究与发展VOIP相关技术已经刻不容缓。语音终端是VOIP系统中必不可少的组成设[2]备,它可以帮助用户连接Internet网络,同时为用户提供各种业务。目前,VOIP语音终端的发展方向是将语音的压缩编码、分组打包等都由终端实现,终端直接与Internet相连接,可以实现全IP通信,充分利用IP网络的各种优势,同时,终端分担了网关的部分功能,使得网络功能配置更加灵活。本文设计并实现了一个VOIP语音终端的硬件电路,该终端采用RJ45接口同网络连接,支持一、VOIP语音终端硬件设计VOIP语音终端的语音收发过程是:首先接收模拟语音信号,然后进行A/D转换、语音压缩编码,最后经过打包封装后传输到网络上;在接收端,VOIP语音终端接收网络上传输来的数据包,经过解封装、语音解压缩解码和D/A转换后,将模拟语音信号提供给用户。笔者设计的一个VOIP语音终端的硬件电路如图1所示。图1VOIP语音终端硬件电路框架收稿日期:2007-10-25作者简介:单珊(1979-),女,山东滨州人,江苏广播电视大学传媒艺术系讲师,教育学硕士。江苏广播电视大学学报2008.351可以看出,笔者设计的VOIP语音终端主要由CPU、语音编解码模块、CODEC模块和外围电路等部分组成。1.CPU二、VOIP语音终端硬件实现在硬件电路的实际实现中,有几个关键问题需要注意,下面进行详细分析。1.MPC860与TMS320VC5416的接口MPC860负责整个终端的控制,承担着与网络接口的工作,因此所有编解码的数据都需要经过MPC860与TMS320VC5416的接口,笔者实现了两者的HPI接口连接方案。HPI存取接口由控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA和数据寄存器HPID实现,MPC860和TMS320VC5416均可访问HPIC以完成HPI接口的设置,而HPIA和HPID目前许多VOIP语音终端都采用集成了各种协议(H.323、SIP、MGCP等)的网络电话主芯片,比如PA1688和AR1688等,但采用这些CPU的问题在于芯片内集成的协议不可编程,灵活性不强,无法满足用户某些特殊需求。因此,笔者选择Motorola公司的通信处理芯片MPC860作为终端的CPU,该芯片是专门为网络应用设计的处理器,内部集成了32位PowerPC微控制器和10/100Mbps以太网的MAC层功能,专门用于处理网络协议、信令交互、呼叫处理等网络应用。在设计中,MPC860是整个终端电路的主控,实现由SIP修改而来的类SIP协议,同时,MPC860络接口、数据的封装/块的控制,2.只能由MPC860访问。在HPI通信方式下,TMS320VC5416,由IA以完成对2给出了采用HPI16接口的本文所设计的VOIP语音终端支持G.711、G.723.1、G.729和CVSD等多种编解码格式,虽然可以通用DSP来完成这些编解码工作,但利用专用编解码芯片可以减少系统调试时间,减轻通用DSP的负担,笔者选用美国MX.COM.INC公司的CMX639芯片完成CVSD编码,其他编码利用TI公司的TMS320VC5416实现。其中,TMS320VC5416是编解码模块的主控,也就是说所有编解码的数据必须经过TMS320VC5416。这样做的好处是可以节约MPC860的接口资源,同时,也更加符合电路模块化的设计思想。3.CODEC模块该模块的主要功能是完成话音数据的A/D和D/A转换,笔者选择了ANALOGDEVICES公司的AD73311芯片完成CODEC功能,它同TMS320VC5416交互的是64Kbps的PCM数据。另外,CMX639的输入输出必须是模拟信号,因此笔者利用MPC860控制一个继电器或模拟开关来实现模拟音频信号的分路。4.外围电路图2MPC860与TMS320VC5416的HPI16接口从图中可以看出,在两者接口处使用CPLD对一些控制信号进行了处理,保证了通信的有效进行。2.CMX639与TMS320VC5416的接口CMX639是将输入输出滤波器、编解码电路、逻辑控制电路集成在一起的CVSD编解码芯片,它通过外加时钟信号或内部可编程时钟,可在多种编解码/采样速率下工作,具有很强的适应性。由于CVSD编码的特点,CMX639的输入输出都没有帧同步信号,完全是比特流,所以CMX639与TMS320VC5416的McBSP连接有困难。因为使用McBSP,帧同步信号必不可少,因此,笔者使用TMS320VC5416的两个GPIO作为数据输入输出,外围电路主要包括电源模块、LCD和键盘等,主要完成电路供电、信息显示和用户输入等功能。两个中断引脚作为时钟信号与CMX639连接,如图3所示。52单珊:VOIP语音终端硬件的设计与实现对于键盘,笔者选择了MAXIM公司的MAX7348作为VOIP语音终端的键盘控制芯片,它可以支持8×5共40个键的控制,完全可以满足普通VOIP语音终端的需要。更为重要的是,它采用I2C接口同MPC860连接,简单易用,由于I2C的连接非常简单,本文不再赘述。在电路实现中,还有一些问题需要注意,比如AD73311与TMS320VC5416之间的McBSP接口,还有电源模块的设计与实现,因为电源的可靠性涉及整个终端的可靠性。另外,使用MPC860实现RJ45接口也是一个关键问题。,VOIP,图3CMX639与TMS320VC5416的连接从图中可以看出,利用CMX639提供的时钟作为TMS320VC5416的中断,每来一个中断,就从GPIO输入或者输出一个比特的数据。考虑到TMS320VC5416中断是下降沿有效,笔者使用CPLD对中断信号和时钟信号进行了连接。3.LCD和键盘对于VOIP语音终端来说,LCD和键盘是必不可少的设备,LCD用来显示用户的输入以及终端所处状态等信息,键盘则是终端的用户输入设备。M使用并行方式与MPC860,4所示。IP,,,、使用灵活、可扩展;,本文所介绍的一些技术细节对嵌入式系统的应用研究也有借鉴作用。目前,该VOIP语音终端还只是在局域网环境中使用,并且当停电或网络故障时,终端还无法使用。因此,笔者进一步考虑在终端上扩展FXS接口和FXO接口与PSTN相连,增强终端的功能和适用性;另外,对回波抵消和VAD等技术细节深入考虑,以达到更好的通话质量。参考文献:图4LCM与MPC860的连接[1]张磊,王阿禅,等.VOIP语音技术及应用[M].北从图中可以看出,使用MPC860的一个GPIO与LCM的RS引脚连接,用来选择数据寄存器或命令寄存器。另外,MPC860的片选信号与LCM的读写数据起始引脚(E)之间需要通过CPLD连接。京:机械工业出版社,2000.[2]林宇,杨霞.IP电话系统语音终端的设计与实现[J].电讯技术,2000(6):40245.TheDesignandImplementationofVOIPTerminalHardwareSHANShan(JiangsuRadio&TVUniversity,Nanjing210036,Jiangsu,China)Abstract:ThehardwarecircuitofaVOIPvoiceterminalisdesignedandimplemented,andseveralcriticaltechnologies,suchasth