倚重高性能IP电话语音终端硬件设计

2008-05-20 14:09:44来源: 微计算机信息

  摘要:本文基于Motorola和TI的TMS320C5402数字信号处理器设计了一种在以太网中进行IP电话通信的高性能IP电话语音终端系统硬件平台。解决了常规只用数字信号处理器的通信处理能力不高的问题。

  1 概述

  IP电话是一种利用Internet或者基于其它IP网络(如Intranet、帧中继、或ATM)作为传输载体实现普通电话与普通电话、PC与PC、PC与普通电话之间语音通信的技术。因此IP电话又称为网络电话(Internet电话),或VoIP(Voice over IP)。IP电话不同于传统电话,它采用的是分组交换技术,在网络上传送的是数据包,而不是语音信号,所以,要把语音信号量化后进行编码、压缩、打包(分组),使其变为数据流,传送到对方后再进行反变换,最终还原为语音信号。由于IP电话采用了分组交换和统计复用技术,实现了语音、数据的综合传输,使整个网络的运营成本大幅度降低,从而使得用户承受的通信费用大大减少。 采用先进的数字信号处理技术,可以将原64kb的语音信号压缩成8kb或更低码速率的数据流,能够在同一条线路上传输比采用模拟技术更多的信息。以往的IP电话终端采用DSP作为主要处理器,这种系统对语音信号处理还行,但是通信能力较弱。正是因为如此,本文基于Motorola和TI的TMS320C5402数字信号处理器设计了一种IP电话语音终端系统,旨在实现在以太网中的IP电话通信。

  2 系统总体结构图

  MPC860微处理器是摩托罗拉推出的Power QUICC家族成员之一,是一个多用途的通讯处理器芯片。它采用嵌入式处理器内核(embedded Power PC core)和通讯处理器模块(CPM)的双处理器结构。嵌入的Power PC内核,负责通用的工作,CPM分担嵌入式Power PC核的外围工作任务,主要进行通信业务。这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。TMS320C5402是德州仪器公司生产的低功耗高性能的专用定点DSP芯片,其片内有RAM 16kb,ROM 4kb,运算速度比普通处理器快很多,非常适合于对实时性要求较高的数字信号处理。

  在本系统中,对通信能力和数字信号处理要求较高。TI的DSP以其强大的数字信号功能在数字信号处理方面得到广泛应用,但是其通信能力却较弱。MPC860强大功能在于它的通信处理能力,正好弥补了TMS320C5402的不足。正是基于MPC860 和TMS320C5402各自特长,经过分析,给出如下IP电话终端系统硬件方案:

  

  

  整个系统主要分为主控模块、控制显示模块和语音采样和播放模块组成。主控模块由MPC860构成,实现对整个系统的核心控制;语音处理模块由TMS320C5402数字信号处理器构成,是整个系统的语音信号处理核心;网络控制模块由LXT905构成,完成整个系统和以太网的通信;语音采样和播放模块主要由TLC320AD545构成,负责系统语音信号的采样转换和最后的语音播放。其中MPC860和TMS320C5402是整个系统的核心部分,完成整个系统的控制和语音信号的处理。

  3 主控模块和语音处理模块的设计

  主控模块的MPC860是Motorola专为通信应用而设计的处理器,在本系统中完成系统的网络协议、信令交互、呼叫处理等通信功能,是整个系统的呼叫控制核心。语音处理模块的TMS320C5402是IT公司专为数字信号处理而设计的,在本系统中完成语音信号的编解码、压缩等功能,是整个系统的语音信号处理核心单元。

  在系统中,主控模块的MPC860和语音处理模块的TMS320C5402采用主从连接。MPC860作为主机,TMS320C5402作为从机,两者通过HIP接口进行通信,连接简单。这样即发挥了MPC860的通信控制,又发挥TMS320C5402的数字信号处理优点。

  在系统的语音处理过程中需要一定的存储空间,由TMS320C5402数字信号处理器只有16k的片上存储空间无法满足语音处理过程的要求,因此需要进行存储器的扩展。TMS320C5402带有内存扩充,MPC860的内存控制器就附带有8个内存槽。因此在本系统中,对于存储器的扩展,可以在TMS320C5402进行,也可以在MPC860进行。在本系统中为保持MPC860对整个系统的更好的控制和功能紧凑,这里在MPC860上进行扩展。经过分析比较,决定使用1片4MBFlash E2PROM和2片16MBSDRAM。其中,Flash E2PROM采用Intel公司的28F320B3,占用BANKO,对应于/CS0片选信号,内存管理机制选择GPCM(通用片机选择机制),数据总线宽度为32位,SDRAM采用SAMSUNG公司的K45281632B。占用BANKI,对应于/CS1片选信号,内存管理机制选择UPMA(用户可编程机制),2片SDRAM并行使用,数据总线宽度为32—bit。如图2 所示。

  

  

  4 网络控制模块设计

  网络控制模块以Intel公司生产的LXT905通用10BASE—T收发器为核心,再通过232467SM变压器提供到附近单元接口AUI或10BASE—T双绞线的直接连接。完成系统与以太网的通信,包括:Manchester编解码、接收抑制和发送脉冲整形、链路完整性测试、10BASE—T极性翻转检测与纠正等功能。

  在MPC860中有4个串行通信控制器SCC,可单独配置执行不同协议,实现如桥接、路由、网关功能等,提供到WAN、LAN和专用网络的接口。设置通用SCC模式寄存器GSMR[MODE]=ob1100,可以选择Ethernet。SCC将执行Ethernet/IEEE802.3所有CSMA/CD的介质访问控制MAC和为信道提供接口的功能。由于我们设计的IP电话终端系统主要用在以太网中,进行通信,故这里将SCC定义为Ethernet模式。

  

  

  图3是MPC860到Ethernet的信号连接方法。在MPC860和Ethernet控制器外部还需要一个串行接口适配器SIA(RJ—45)和收发器完成到介质的接口。

  MPC860内核配置SCC为Ethernet控制器工作,除了设置通用SCC模式寄存器之外,还需要将GSMR的其它域设定为特定值。如数据同步寄存器DSR用来指定帧的同步图样,在Ethernet模式需要设置DSR[SYN1]=ox55,DSR[SYN2]=oxDE。收发错误信息将记录在SCC Ethernet接收缓存描述符RxBD和SCC Ethernet 发送缓冲寄存器TxBD中。

  5 其它模块设计

  语音采样和播放模块的核心是TLC320AD545,它是美国TI公司生产的高度音频编解码器。语音采样模块由一个编解码器TLC320AD545、模拟电路和一个串口组成,同时它还包括话筒、放大电路、扬声器驱动电路。如图所示:

  

  

  TLC320AD545的主要功能指标:最高采样率11.025Hz,16bit采样,80db动态范围,8欧姆AT41差分扬声驱动。A/D通道与话筒完成语音的数字化,D/A与扬声器相连将收到的数字化语音转化成模拟语音播放出来。串口与TMS320C5402的串口相连完成数据传输。控制显示模块主要实现系统LCD显示。

  6 结束语

  本文基于Motorola的MPC860和TI的TMS320C5402数字信号处理器设计了一种在以太网中的进行IP电话通信的高性能IP电话语音终端系统。解决了常规只用数字信号处理器的通信处理能力不高的问题,对当今IP电话发展有一定的意义。

  参考文献

  JeanWalrand,Pravin Varaiya(美)著,高性能通信网络 电子工业出版社 2000

  赵慧玲,梁勇等编著 分组语音技术与网络实现方案 人民邮电出版社 2001

  巴继东,杨九民编著, IP与光互联网 北京邮电大学出版社 2002

  余燕平,李式巨编著, 信息交换与通信网 浙江大学出版社 2002

关键字:IP电话  语音处理  模块  终端系统  数据总线宽度  语音信号处理  最高采样率  内核

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2008/0520/article_986.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
IP电话
语音处理
模块
终端系统
数据总线宽度
语音信号处理
最高采样率
内核

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved