DSP系統(tǒng)設計網(wǎng)絡電話

1、第四章第四章DSP的的系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計 網(wǎng)絡電話網(wǎng)絡電話網(wǎng)絡電話網(wǎng)絡電話網(wǎng)絡電話系統(tǒng)網(wǎng)絡電話系統(tǒng)網(wǎng)絡電話機網(wǎng)絡電話機用戶接口用戶接口H1、提供傳統(tǒng)的電話用戶接口功能撥號鍵盤、振鈴等。H2、電話機的一些新功能重撥、等待、轉移、電話會議等。H3、顯示撥號，來電顯示等（CallerID）H4、串口與PDA等接口話音接口話音接口 將模擬話音轉換為數(shù)字樣本（話筒來的模擬話音以8KHZ速率采樣，建立64kbps的數(shù)據(jù)流，并通過脈沖編碼調制（PCM）送給處理器；反過來，將數(shù)據(jù)流變換為模擬話音，送給揚聲器。網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口與電話機之間傳輸話音數(shù)據(jù)包，在局域網(wǎng)中，通常是運行TCP/IP的10BaseT 或者10

2、0BaseT的以太網(wǎng)。處理器處理器網(wǎng)絡電話的軟件結構網(wǎng)絡電話的軟件結構用戶接口用戶接口用戶接口用戶接口 顯示驅動顯示驅動鍵盤驅動鍵盤驅動振鈴驅動振鈴驅動用戶程序（控制顯示的信息；處理鍵用戶程序（控制顯示的信息；處理鍵盤輸入，并將其提供給呼叫處理）盤輸入，并將其提供給呼叫處理）語音處理語音處理話音處理話音處理H1、PCM接口單元（從模擬接口接收PCM樣本，并送給DSP處理，也將處理過得PCM樣本送給模擬接口）H2、DTMF發(fā)生（根據(jù)用戶接口來的按鍵H信號產(chǎn)生相應的DTMF頻率信號）。對于H語音編碼器，壓縮算法（G.723.1)并不可能H可靠的產(chǎn)生DTMF 頻率，則軟件產(chǎn)生一個H帶內信息，送給網(wǎng)絡

3、，使遠端的IP電話或H網(wǎng)管重新產(chǎn)生DTMF音調。話音處理話音處理3 3、線路回聲消除單元，執(zhí)行、線路回聲消除單元，執(zhí)行ITUG.168ITUG.168。4 4、語音活動檢測器，當沒有檢測到話、語音活動檢測器，當沒有檢測到話音活動時，編碼器的輸出就不向網(wǎng)音活動時，編碼器的輸出就不向網(wǎng)絡傳輸，以便節(jié)省帶寬。該軟件還絡傳輸，以便節(jié)省帶寬。該軟件還檢測接口的空閑噪聲特性，并報告檢測接口的空閑噪聲特性，并報告給分組話音協(xié)議，以便在遠端的給分組話音協(xié)議，以便在遠端的IPIP電話機產(chǎn)生同樣的噪聲。電話機產(chǎn)生同樣的噪聲。話音處理話音處理5、語音編碼器，將從用戶來的、語音編碼器，將從用戶來的64kbps 的數(shù)據(jù)

4、流打包，不同的的數(shù)據(jù)流打包，不同的壓縮算法有不同的性能：壓縮算法有不同的性能：G.711PCM不壓縮（不壓縮（ 64kbps）G.726ADPCM（16、24、32、40kbps）G.723.1（5.3、6.3kbps）G.729（8kbps）話音處理話音處理5、打包補償單元，對網(wǎng)絡的時延、抖動和掉、打包補償單元，對網(wǎng)絡的時延、抖動和掉包做補償。包做補償。6、打包協(xié)議封裝單元，按照網(wǎng)絡接口的要求，、打包協(xié)議封裝單元，按照網(wǎng)絡接口的要求，對于打包的語音數(shù)據(jù)做封裝。對于打包的語音數(shù)據(jù)做封裝。7、語音加密。、語音加密。8、控制單元，監(jiān)視與控制語音處理模塊和電、控制單元，監(jiān)視與控制語音處理模塊和電話信

5、令與網(wǎng)絡管理模塊之間的控制信息的交話信令與網(wǎng)絡管理模塊之間的控制信息的交換、包括軟件下載、配置數(shù)據(jù)、心靈信息、換、包括軟件下載、配置數(shù)據(jù)、心靈信息、狀態(tài)報告等。狀態(tài)報告等。信令信令電話信令網(wǎng)關電話信令網(wǎng)關1、呼叫處理：呼叫建立、維持與結束2、地址傳輸與分析3、網(wǎng)絡信令網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡管理H1、網(wǎng)路管理代理，包括狀態(tài)監(jiān)視、告警報告、收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)相應SNMP的詢問；H2、SNMP，簡單的網(wǎng)絡管理協(xié)議H3、TFTP，小文件傳輸協(xié)議H4、UDP，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議H5、IP，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡電話中的網(wǎng)絡電話中的DSP 在網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中，在網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中，DSP的作用是將連續(xù)的作用是將連續(xù)的語音流，轉換成為適合于

6、在以分組交的語音流，轉換成為適合于在以分組交換為基礎的網(wǎng)絡上可靠傳輸?shù)男问?，在換為基礎的網(wǎng)絡上可靠傳輸?shù)男问?，在此過程中此過程中DSP的任務包括：的任務包括：打包打包語音處理與壓縮語音處理與壓縮減小網(wǎng)絡延時減小網(wǎng)絡延時顯露回聲的消除顯露回聲的消除有效的帶寬使用有效的帶寬使用多多TMS 320C54X平臺的網(wǎng)絡平臺的網(wǎng)絡電話解決方案電話解決方案語音接口語音接口 語音接口在電話系統(tǒng)和DSP之間發(fā)送和接收數(shù)字化的語音，再簡單的擔心到的情況下，只是將一個數(shù)字電話通過串口接到DSP，也可能是集合在一起的語音流，例如從電話交換機來的信號，要求用多塊處理器來提供服務，最通常的傳輸多信道數(shù)字語音的，是T1（美

7、國）E1（歐洲）的線路，使用時分復用的訪問方案。線路接口和幀處理器線路接口和幀處理器H與與T1/E1T1/E1線路接口的前端器件是收發(fā)器，線路接口的前端器件是收發(fā)器，它包括一個線路接口、一個幀處理器它包括一個線路接口、一個幀處理器 、往往還有一個緩沖器。線路接口的功能往往還有一個緩沖器。線路接口的功能是與雙絞線物理連接、發(fā)送和接受信號是與雙絞線物理連接、發(fā)送和接受信號、恢復始終信號用于同步。幀處理器和、恢復始終信號用于同步。幀處理器和緩沖器在數(shù)據(jù)流里檢測幀、監(jiān)視誤碼情緩沖器在數(shù)據(jù)流里檢測幀、監(jiān)視誤碼情況并報警，緩存數(shù)據(jù)塊以便與處理器連況并報警，緩存數(shù)據(jù)塊以便與處理器連接。接。E1/T1v通過信

8、道傳輸語音時，聲音被數(shù)字通過信道傳輸語音時，聲音被數(shù)字化，并被壓縮成為化，并被壓縮成為PCM聲音流傳輸。聲音流傳輸。壓縮是將線性的數(shù)據(jù)，轉換成為非壓縮是將線性的數(shù)據(jù)，轉換成為非線性的對數(shù)形式，線性的對數(shù)形式，a律和律和律是兩種律是兩種公用的標準。公用的標準。信道分配和串口信道分配和串口v信道分配是將各幀按信道分配是將各幀按TDMTDM的串行數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)流向流向C54XC54X的串口提供數(shù)據(jù)。的串口提供數(shù)據(jù)。v幀處理器和幀處理器和DSPDSP接口通過接口通過C54C54的多信的多信道緩沖串口（道緩沖串口（MCBSPMCBSP）來實現(xiàn)。它允）來實現(xiàn)。它允許許DSPDSP根據(jù)時隙和幀信息，通過對外

9、根據(jù)時隙和幀信息，通過對外設變成來從設變成來從TDMTDM的幀提取給定的信道。的幀提取給定的信道。幀處理器幀處理器v幀處理器是以分開的數(shù)據(jù)流為每個信道幀處理器是以分開的數(shù)據(jù)流為每個信道提供信令數(shù)據(jù)?？梢允褂枚喾N方法來管提供信令數(shù)據(jù)?？梢允褂枚喾N方法來管理信令數(shù)據(jù)。理信令數(shù)據(jù)。vDSP往往不直接處理信令數(shù)據(jù)，從幀處往往不直接處理信令數(shù)據(jù)，從幀處理器來的信令線可以直接接到主機的串理器來的信令線可以直接接到主機的串口，以減輕口，以減輕DSP的負擔。的負擔。v另外一種方案是將信令像數(shù)據(jù)一樣經(jīng)過另外一種方案是將信令像數(shù)據(jù)一樣經(jīng)過DSP，因為每個，因為每個C54X有兩個有兩個MCBSP，另外一個串口就可以

10、分配給信令數(shù)據(jù)。另外一個串口就可以分配給信令數(shù)據(jù)。vC54X到幀處理器的物理連接的外部到幀處理器的物理連接的外部開銷并不大，發(fā)送和接受都需要三開銷并不大，發(fā)送和接受都需要三條線：條線：信令信令時鐘時鐘/幀同步幀同步數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收發(fā)器串口界面收發(fā)器串口界面收發(fā)器串口界面收發(fā)器串口界面系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制基于基于DSP的系統(tǒng)通常是主機（例如微的系統(tǒng)通常是主機（例如微計算機）通過從屬的計算機）通過從屬的DSP來實施控來實施控制，從制，從DSP 的控制來說，主機有兩的控制來說，主機有兩個任務：個任務：1、管理系統(tǒng)的初始化、下載代碼、分、管理系統(tǒng)的初始化、下載代碼、分配參數(shù)、將資源分配給每個配參數(shù)、將資源分配給

11、每個DSP。2、在正常工作期間，主機通過監(jiān)視每、在正常工作期間，主機通過監(jiān)視每個個DSP 的表現(xiàn)來執(zhí)行系統(tǒng)的功能。的表現(xiàn)來執(zhí)行系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制 在系統(tǒng)初始化時，主機首先加載，然后在系統(tǒng)初始化時，主機首先加載，然后再初始化再初始化DSP，為了在初始化和正常狀，為了在初始化和正常狀態(tài)下監(jiān)視和控制態(tài)下監(jiān)視和控制DSP，主機要求有一個，主機要求有一個機制來和每個機制來和每個DSP通信，通信，DSP有一個和有一個和主機接口的外設（主機接口的外設（HPI）承擔該通信的）承擔該通信的連接，允許主機讀寫連接，允許主機讀寫DSP內部存儲器內部存儲器。主機還要能控制每個主機還要能控制每

12、個DSP的復位操作，這的復位操作，這就允許主機初始化每一個就允許主機初始化每一個DSP。DSP的接口和應用軟件的接口和應用軟件在網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中，在網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中，DSP的基本作用的基本作用是將語音數(shù)據(jù)在連續(xù)的數(shù)據(jù)流和分是將語音數(shù)據(jù)在連續(xù)的數(shù)據(jù)流和分組數(shù)據(jù)流之間進行轉換，這個過程組數(shù)據(jù)流之間進行轉換，這個過程中附帶功能還有：中附帶功能還有：數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮回聲消除回聲消除減小網(wǎng)絡分組延時減小網(wǎng)絡分組延時語音流的處理語音流的處理語音流的數(shù)目主要是由信號處理算法語音流的數(shù)目主要是由信號處理算法的速度和相關的開銷，以及處理器的速度和相關的開銷，以及處理器的速度來決定的，例如，的速度來決定的，例如， 給

13、定的壓給定的壓縮算法、回聲消除以及開銷處理只縮算法、回聲消除以及開銷處理只要求要求20MIPS，則一個，則一個100MIPS的的C5410就可以處理就可以處理4個語音信道，還個語音信道，還可以余下可以余下20MIPS用于其他開銷、誤用于其他開銷、誤差處理及進一步的擴展。差處理及進一步的擴展。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)處理多個數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)，至關重要的處理多個數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)，至關重要的是為數(shù)據(jù)服務的資源的調整與管理。是為數(shù)據(jù)服務的資源的調整與管理。像像Spectron/TI DSP BIOS一類的實一類的實施操作系統(tǒng)（施操作系統(tǒng)（RTOS）最適合這種任）最適合這種任務。它對任務管理、分析和跟蹤提務。它對任務管

14、理、分析和跟蹤提供固件核，其開銷很?。ü┕碳?，其開銷很?。?K字）字）信號處理算法信號處理算法網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中網(wǎng)絡電話系統(tǒng)中DSP應用軟件的主要應用軟件的主要目的是：目的是：1、壓縮通過網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，已使用最小、壓縮通過網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，已使用最小的帶寬和得到最多的信道數(shù)。的帶寬和得到最多的信道數(shù)。2、強化語音質量、強化語音質量3、將連續(xù)的數(shù)據(jù)流轉換為分組數(shù)據(jù)，、將連續(xù)的數(shù)據(jù)流轉換為分組數(shù)據(jù)，或者反過來。或者反過來。語音編碼器框圖語音編碼器框圖語音解碼器框圖語音解碼器框圖語音編碼語音編碼 語音編碼是通過壓縮語音數(shù)據(jù)來提語音編碼是通過壓縮語音數(shù)據(jù)來提高系統(tǒng)的呼叫和信道密度。有多重高系統(tǒng)的呼叫和信道密度。

15、有多重語音編碼器和語音編碼的實現(xiàn)方法。語音編碼器和語音編碼的實現(xiàn)方法。其選擇是在壓縮、處理要求和結果其選擇是在壓縮、處理要求和結果的語音質量之間的折中。的語音質量之間的折中。語音編碼的格式語音編碼的格式話音活動性檢測話音活動性檢測另外一種通常使用的帶寬優(yōu)化技術是另外一種通常使用的帶寬優(yōu)化技術是語音活動性檢測。它是基于輸入信語音活動性檢測。它是基于輸入信號的功率來決定信道當前是在傳輸號的功率來決定信道當前是在傳輸語音，還是靜音。從語音的活動性語音，還是靜音。從語音的活動性出發(fā)，只有大約百分之四十是在說出發(fā)，只有大約百分之四十是在說話，余下的帶寬浪費掉，因為并沒話，余下的帶寬浪費掉，因為并沒有傳輸

16、有用的信息，因此此時就送有傳輸有用的信息，因此此時就送出一個標志，表示當前幀是靜音。出一個標志，表示當前幀是靜音?；芈曄芈曄诼曇艟W(wǎng)絡里，回聲是由信號的反射在聲音網(wǎng)絡里，回聲是由信號的反射而引起的。而引起的。最通常使用的回聲消除技術是自適應最通常使用的回聲消除技術是自適應濾波。比較這些算法的尺度是被消濾波。比較這些算法的尺度是被消除的回聲的大小和該算法所能除的回聲的大小和該算法所能iaochu的最大時延的回聲。的最大時延的回聲。抖動抖動 當信息在網(wǎng)絡上傳輸時，網(wǎng)絡的擁當信息在網(wǎng)絡上傳輸時，網(wǎng)絡的擁擠可能引起數(shù)據(jù)包之間的不同的延擠可能引起數(shù)據(jù)包之間的不同的延時，這種延時的變化成為抖動時，這

17、種延時的變化成為抖動（jitter).因為語音對延時很敏感，即因為語音對延時很敏感，即便很小的抖動都可能打斷交談。正便很小的抖動都可能打斷交談。正因為如此，語音傳輸歷來不被擁擠因為如此，語音傳輸歷來不被擁擠的無連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡所接受。的無連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡所接受。抖動緩存器抖動緩存器 通常的解決方案是建立一個緩存器，由通常的解決方案是建立一個緩存器，由話音的數(shù)據(jù)率來對緩存器的輸出定時，話音的數(shù)據(jù)率來對緩存器的輸出定時，數(shù)據(jù)的輸入速率由網(wǎng)絡的變化速率來決數(shù)據(jù)的輸入速率由網(wǎng)絡的變化速率來決定，其代價是緩存器的建立引入了一定定，其代價是緩存器的建立引入了一定量的時延，其改變量，例如抖動緩存器量的時延，其改

18、變量，例如抖動緩存器的大小，必須由對網(wǎng)絡信道的檢測統(tǒng)計的大小，必須由對網(wǎng)絡信道的檢測統(tǒng)計來決定。根據(jù)網(wǎng)絡當前的時延，過緩存來決定。根據(jù)網(wǎng)絡當前的時延，過緩存或欠緩存的檢測可以用來動態(tài)的重新分或欠緩存的檢測可以用來動態(tài)的重新分配這些參數(shù)。配這些參數(shù)。任務分配任務分配1、系統(tǒng)中的每個、系統(tǒng)中的每個DSP工作情況完全相同工作情況完全相同優(yōu)點優(yōu)點是每個是每個DSP都裝入同樣的軟件，用同樣的配都裝入同樣的軟件，用同樣的配置做內部連接，系統(tǒng)的控制著不需要區(qū)別不同置做內部連接，系統(tǒng)的控制著不需要區(qū)別不同任務及不同任務及不同DSP。缺點缺點在于軟件的大小。因為每個在于軟件的大小。因為每個DSP都必須執(zhí)行都必須

19、執(zhí)行所有的系統(tǒng)功能，包括語音編碼，語音解碼、所有的系統(tǒng)功能，包括語音編碼，語音解碼、以及回聲消除，所有的軟件都必須裝入存儲器。以及回聲消除，所有的軟件都必須裝入存儲器。如果片內存儲器不能裝下這些軟件，就不是優(yōu)如果片內存儲器不能裝下這些軟件，就不是優(yōu)化的方案，因為需要用片外的化的方案，因為需要用片外的RAM，而這樣，而這樣需要更多時間。需要更多時間。任務分配任務分配2、在分布式系統(tǒng)中，不同的、在分布式系統(tǒng)中，不同的DSP對應對應于數(shù)據(jù)通道的不同任務。例如，可于數(shù)據(jù)通道的不同任務。例如，可以將任務分配給回聲消除以將任務分配給回聲消除DSP和語和語音編碼音編碼/解碼解碼DSP等等。優(yōu)點在于，等等。優(yōu)

20、點在于，一個處理器的軟件，對每個信道都一個處理器的軟件，對每個信道都可以重復使用。然而，數(shù)據(jù)流的處可以重復使用。然而，數(shù)據(jù)流的處理涉及到若干個理涉及到若干個DSP，數(shù)據(jù)就必須，數(shù)據(jù)就必須在它們之間傳來傳去，從而因為處在它們之間傳來傳去，從而因為處理器之間的通信開銷帶來額外時延。理器之間的通信開銷帶來額外時延。分布式軟件配置分布式軟件配置網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口 網(wǎng)絡接口的任務是從網(wǎng)絡接口的任務是從DSP將打包的將打包的語音語音/數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡的物理層，從數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡的物理層，從網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)并分配給網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)并分配給DSP.該過程該過程的細節(jié)，取決于所使用的網(wǎng)絡接口的細節(jié)，取決于所使用的網(wǎng)絡接口的類

21、型，一個是的類型，一個是ATM，一個是幀中，一個是幀中繼。繼。ATM ATM的結構適合于語音傳輸，因為的結構適合于語音傳輸，因為它是使用很小的數(shù)據(jù)包它是使用很小的數(shù)據(jù)包(CELL)，使，使得時延小且易于預測，這對于與語得時延小且易于預測，這對于與語音傳輸是很重要的?；谛“膫饕魝鬏斒呛苤匾??；谛“膫鬏斖瑯舆m合于語音的突發(fā)特性。然輸同樣適合于語音的突發(fā)特性。然而，語音傳輸?shù)膬?yōu)點就是數(shù)據(jù)傳輸而，語音傳輸?shù)膬?yōu)點就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜秉c，因為小包所帶來的是數(shù)據(jù)的缺點，因為小包所帶來的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮^大的開銷。傳輸?shù)妮^大的開銷。ATM接口接口ATM接口的實現(xiàn)包括以下的任務：接口的實現(xiàn)包括以下的任務：1、

22、用、用DSP對對AAL（ATM AdaptationLayers)數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)單元(PDU)將語音數(shù)據(jù)的將語音數(shù)據(jù)的打包與解包。打包與解包。2、將這些、將這些PDU服用到一個分解與重服用到一個分解與重組處理器。組處理器。3、物理層、物理層ATM的包接口的包接口ATM接口框圖接口框圖幀中繼幀中繼1、幀中繼是另外一種廣泛使用的傳輸語音和數(shù)、幀中繼是另外一種廣泛使用的傳輸語音和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡交換技術，其基礎是據(jù)的網(wǎng)絡交換技術，其基礎是X.25協(xié)議，但做協(xié)議，但做了一些改善，使得性能更好、效率更高。了一些改善，使得性能更好、效率更高。2、對于語音通信，幀中繼和、對于語音通信，幀中繼和ATM 的兩個主要區(qū)的兩個主要區(qū)別是數(shù)據(jù)格式和服務質量。別是數(shù)據(jù)格式和服務質量。ATM同喜是基于很同喜是基于很小的、固定長度的包