《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于TMS320VC5409 DSP的IP電話設(shè)計(jì)
摘要: 傳統(tǒng)的電話網(wǎng)是以電路交換的方式傳輸語音信號(hào)的,它需要的基本帶寬為64kbit/s。據(jù)統(tǒng)計(jì),在正常通話情況下,大約只有40%的時(shí)間為有聲期,其余時(shí)間電路均為空占,網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,尤其是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的不斷完善,基于分組交換的數(shù)據(jù)通信成為最重要的通信方式。而要在基于IP的分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音,就必須對(duì)模擬的語音信號(hào)進(jìn)行特殊處理,使處理后的信號(hào)可以適合在面向無連接的分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸,這就是分組語音技術(shù)。本文介紹的就是一種基于TMS320VC5409的IP電話設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: DSP TMS320VC5409 IP電話
Abstract:
Key words :

引言

    傳統(tǒng)的電話網(wǎng)是以電路交換的方式傳輸語音信號(hào)的,它需要的基本帶寬為64kbit/s。據(jù)統(tǒng)計(jì),在正常通話情況下,大約只有40%的時(shí)間為有聲期,其余時(shí)間電路均為空占,網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,尤其是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的不斷完善,基于分組交換的數(shù)據(jù)通信成為最重要的通信方式。而要在基于IP的分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音,就必須對(duì)模擬的語音信號(hào)進(jìn)行特殊處理,使處理后的信號(hào)可以適合在面向無連接的分組網(wǎng)絡(luò)上傳輸,這就是分組語音技術(shù)。本文介紹的就是一種基于TMS320VC5409的IP電話設(shè)計(jì)。

    G..728編碼標(biāo)準(zhǔn)

    語音編碼技術(shù)是IP電話的核心技術(shù)之一,編碼質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到IP電話的通話質(zhì)量。   

    G .728標(biāo)準(zhǔn)的語音編碼算法是16kbit/s的聲碼器編碼標(biāo)準(zhǔn),采用低時(shí)延碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(LD-CELP)技術(shù)。線性預(yù)測(cè)器使用的是反饋型后向 
自適應(yīng)技術(shù),預(yù)測(cè)器系數(shù)是根據(jù)上一幀的語音量化數(shù)據(jù)進(jìn)行更新的,因此算法時(shí)延較短,為0. 625ms,相當(dāng)于5個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)間,這也是G .728的幀長(zhǎng)時(shí)間。由于使用反饋型自適應(yīng)技術(shù),因此預(yù)測(cè)器系數(shù)不需傳送,唯一需要傳送的是激勵(lì)信號(hào)量化值,也就是碼本索引值。G .728標(biāo)準(zhǔn)的語音編碼算法的碼本總共有1024個(gè)矢量,索引需占10個(gè)比特,因此其比特率為10/0.625=16kbit/s。

G .728標(biāo)準(zhǔn)的語音編碼的主要特點(diǎn)有:

*算法時(shí)延短,僅為0. 625ms;
*一路編碼時(shí)延小于2ms;
*傳輸比特率為16kbit/s;
*MOS值為4. 173,達(dá)到了長(zhǎng)途通信質(zhì)量。

    由于G .728標(biāo)準(zhǔn)的語音編碼算法的時(shí)延短,語音傳輸比特率可以滿足IP電話的應(yīng)用要求,所以我們選用G . 728標(biāo)準(zhǔn)的語音編碼算法作為IP電話的編碼算法。

    硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)的主要作用是充分利用DSP高速數(shù)據(jù)處理能力,減輕計(jì)算機(jī)CPU的負(fù)擔(dān);語音的錄入和輸出系統(tǒng)也單獨(dú)分離出來,這樣可以更好地和DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,減少不必要的中間環(huán)節(jié),減少時(shí)延。最后,通過高速的PCI總線,將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示,各模塊的具體功能見表1所示。

 

圖1 系統(tǒng)框圖

    DSP與FLASH的通信

    由于TMS320VC5409的I/0接口電壓為3. 3V,而AM29F101B的接口電壓為5V,所以在接口部分需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換,并且AM29F101B的片選信號(hào)()和輸出使能信號(hào)()需要地址譯碼。這些工作均由一片復(fù)雜的可編程邏輯器件(CPLD)來完成。

    由于AM29F101B的接口速度較慢,所以TMS320VC5409和AM29F101B之間的接口必須插入軟件等待狀態(tài),具體要插入的軟件等待狀態(tài)數(shù)目可以由數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)算得到或者是調(diào)機(jī)時(shí)由試驗(yàn)得到。TMS320VC5409與AM29F101B之間的接口電路如圖2所示。

 

圖2 DSP和FLASH的接口電路

DSP與ADC、DAC之間的通信

    本系統(tǒng)所選用的G.728標(biāo)準(zhǔn)的語音編碼算法需要8kHz的采樣速率,所以這里我們對(duì)ADC和DAC要求就是最高采樣率或轉(zhuǎn)換時(shí)間不低于8kHz。

    根據(jù)語音信號(hào)的特點(diǎn),我們選用TI公司的TLC32044芯片,這是一片集成了ADC和DAC功能的芯片。它的最高轉(zhuǎn)化速率為19.2kHz,轉(zhuǎn)換位數(shù)為14位,輸入電壓帶范圍可調(diào),有標(biāo)準(zhǔn)同步串口,還有輸入濾波器和輸出重構(gòu)濾波器,這樣可以省去模擬濾波器的設(shè)計(jì)。TMS320VC5409與TLC32044的接口電路如圖3所示。

 

圖3 DSP與DAC、ADC的接口電路

 

圖4 DSP與雙端口RAM的接口電路

 

圖5 PC19025雙端口RAM接口電路

  DSP與雙端口RAM之間的通信

    為了體現(xiàn)PCI總線速度快的優(yōu)點(diǎn),我們選用速度較快的雙端口RAM CY7C133-25,最大傳輸速率為25ns。雙端口RAM在DSP的數(shù)據(jù)空間的地址映射為8000H-87FFH。

    這里需要強(qiáng)調(diào)的是雙端口RAM的BUSY信號(hào)。我們并不使用這個(gè)信號(hào),因?yàn)槲覀兎謩e對(duì)雙端口RAM的不同部分進(jìn)行操作,所以避免了可能發(fā)生的任何沖突,因此省去了BUSY信號(hào),BUSY信號(hào)懸空。電路的電壓轉(zhuǎn)換和地址譯碼同樣由CPLD來完成。


    PCI9052與雙端口RAM之間的通信

    DSP的任務(wù)是完成語音的編碼和解碼,然后再通過PCI總線與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這里我們使用了PCI接口芯片PCI9052。所以,問題就變成了DSP與PCI9052之間的通信。DSP與PCI9052之間用一片雙端口RAM(容量為2k×16bit)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

    由于PCI9052具有5個(gè)局部地址空間和4個(gè)局部設(shè)備片選信號(hào),所以連線變得相當(dāng)簡(jiǎn)單,我們只需要將雙端口RAM映射到其中一個(gè)局部地址空間,然后使用其中的一個(gè)片選信號(hào)連接到雙端口RAM的,最后將PCI9052的讀寫信號(hào)(R/W)和對(duì)應(yīng)連接到雙端口RAM的R/W和。這樣就省去了地址譯碼等外圍邏輯電路。

    軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    IP電話系統(tǒng)要實(shí) 
現(xiàn)的算法就是語音編碼算法,還要完成與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換。軟件部分的主要作用是用嵌入式操作系統(tǒng)中的TCP/IP協(xié)議對(duì)需要傳送的語音編碼信號(hào)進(jìn)行打包,再通過計(jì)算機(jī)上的網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)通過Internet傳送到接收方,并把接收到的TCP/IP包還原為原來的語音編碼信號(hào),最后通過PCI總線傳輸給DSP進(jìn)行語音解碼。

    結(jié)語

    實(shí)踐證明,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求不高,處理速度快,語音的輸入輸出系統(tǒng)單獨(dú)集成,信噪比(SNR)高,具有相當(dāng)?shù)倪m用和推廣價(jià)值。

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