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基于某通信设备的数字语音传输设计

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高杨药春晖李琳薛文霞于佳杰

摘要：针对如何通过以太网进行语音传输，在某通信设备中设计了一种基于以太网的数字语音传输方案。选用国产ARM9芯片VT1200作为主处理器完成主控板设计，采用IP承载语音（VoiceoverIP，VOIP）技术实现语音的以太网传输。

关键词：语音传输；VOIP；数模转换；脉冲编码调制

根据某通信设备的特殊应用环境，通常采用模拟传输的技术手段来实现语音通信。模拟语音传输实时性好，但抗干扰能力弱、电路复杂。相比于模拟语音传输，数字语音传输具有组网方便、传输距离远、抗干扰能力强、成本适中但延时较大的特点。[1]本设计利用VOIP技术，[2]采用实时传输协议（RealTimeProtocol，RTP），实现延时可接受的数字语音传输。

随着压缩技术的发展，数据和语音业务开始融合，推动了VOIP技术的发展。VOIP简而言之就是将模拟信号数字化，以数据封包的形式在IP网络上实时传递。VOIP最大的优势是能够利用网络互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。

1总体设计方案

本设计中数字语音传输的工作原理如下图所示。

语音发送过程：设备通过MIC采集模拟语音，通过脉冲编码调制（PulseCodeModulation，PCM）将模拟语音转换成数字语音，再经过A律压缩编码，对压缩编码后的数字语音进行打包，最后通过VT1200提供的全双工网口将语音包发送到网络上进行交换。

语音接收过程：设备通过对外网口接收语音包，经过解包解压缩提取PCM数字语音，最后经数模转换得到模拟语音进行播放。

2硬件设计

硬件电路主要包括：ARM控制及网络接口电路、语音转换电路、人机接口电路和电源控制电路。ARM控制及网络接口电路作为设计的核心，主要负责语音包的打包和解包，网络数据分组的接收和发送，RTP协议、网络协议及人机界面等控制软件处理；语音转换电路用于实现模拟和数字语音的相互转换；人机接口电路提供直接对应用户的接口，包括：键盘、显示屏、PTT和送受话器；电源控制电路为其余电路提供所需电源。

选用国产ARM9芯片VT1200作为主处理器完成主控板设计，VT1200是一款语音专用ARM芯片，集成了ARM922T的内核，内嵌了语音采集功能和两路以太网控制器，大大简化主控板的硬件设计，降低设计风险。该处理器具有以下优势：

a）VT1200内部集成了语音CODEC，将语音采样编码作为IP硬核集成到该芯片中，极大的方便了硬件电路的设计；采样率可以通过软件进行设置，支持8KHz、12KHz、16KHz和32KHz，并且在内部集成两级运放，使得语音A/D、D/A变换具有良好的效果；

b）VT1200集成了专门用于语音信号处理的加速器，用专门的指令实现信号处理，并把这些指令作为IP硬核集成到芯片内部，大大提高了处理速度，硬件开发相对简单、可靠；

c）在外围接口和外设方面：VT1200接口丰富，提供2个异步串口、2个10/100M网口、串行音频接口，IIC串行通信接口。内部集成内存控制器（控制外围SDRAM，SRAM，FLASH），网口控制器（MACController），在开发时只需根据需求进行配置，稳定可靠。同时两个控制器内部有专门的DMA通道以实现与ARM922T的通信，极大地减少了CPU的开销。

3软件设计

根据功能要求和总体架构，软件单元分为以下几个模块：

3.1主控模块

设备加电后，应用程序初始化，读取系统配置文件并加载系统参数，参数保存完毕后，根据系统参数启动其它模块。

3.2配置管理模块

配置管理模块用来实现设备的板级自检与配置。该模块启动或接收到自检命令后，向主控板发送检测命令执行板级检测，将检测结果发送到设备管理软件；接收到參数配置/查询命令后，执行相应操作并将结果发送到设备管理软件。

3.3通话控制模块

通话控制模块用来实现设备的通话控制，通过监控本地的接收信令与按键信息，完成设备通话状态的切换、显示状态的更新及语音控制。

3.4语音处理模块

语音处理模块根据通话控制模块的本地通话状态完成语音通信连接的建立、维护和拆除。

3.5按键显示处理模块

按键显示处理模块主要完成按键采集信息的接收与处理，本地状态显示信息的处理与发送。

4结语

以国产ARM9芯片VT1200为核心的数字语音传输设计具有电路集成度高、开发方便等特点，该设计可以应用在车载通信系统，采用的主处理器具有通用性，为语音传输领域提供了相对简单的解决方案，应用前景广泛。

参考文献：

[1]曾华燊.现代网络通信技术[M].成都：西南交通大学出版社，2004：244-287.

[2]黄永峰.因特网语音通信技术及应用[M].北京：人民邮电出版社，2002：41-53.

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