企业级VOIP网关的硬件设计与实现.pdf

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1、企业级V O I P 网关的硬件设计与实现 张朝霞，王红玲，江玉乐 ( 成都理工大学信息工程学院四川成都6 1 0 0 5 9 ) 摘要：介绍了一种基于M o t o r o l aR I S C 处理芯片+ D S P 体系结构的企业级V O I P 网关，该网关集成路由协议I T UG 7 2 3 1 语音编解码算法、本地交换、电话接口于一体，主要解决企业级用户的本地和长途话费问题，实现本企业市话全免，本 地打出长话全免，给企业节省大部分话费成本。主要介绍了该系统的硬件设计与实现。 关键词：企业级；V ( ) I P 网关；M P C 8 5 5 T ；T M S 3 2 0 V C 5

2、4 0 9 中图分类号：T N 9 1 5 0 5文献标识码：B文章编号：1 0 0 4 3 7 3 X ( 2 0 0 6 ) 0 8 0 8 8 0 3 T h eH a r d w a r eD e s i g na n dR e a l i z a t i o no fC o m p a n yV O I PG a t e w a y Z H A N GZ h a o x i a ，W A N GH o n g l i n g ，J I A N GY u l e ( C o U e g eo fI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ，C

3、h e n g d uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y 。C h e n g d u ，6 1 0 0 5 9 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h i sp a p e ri n t r o d u c e sak i n do fc o m p a n yV O I Pg a t e w a yb a s e do nt h ef r a m e w o r ko fM o t o r o l aR I C Sp r o c e s s o r a n dD S P 。w h i c hi n c l u d

4、e sr o u t i n gp r o t o c o l s ，I T UG 7 2 3 1s p e e c hc o d e ra n dd e c o d e ra l g o r i t h m ，l o c a le x c h a n g ea n dt e l e p h o n ei n t e r r a c e T h i sg a t e w a ym a i n l ym a k e st h ef e eo fb o t hl o c a la n dl o n g d i s t a n c et e l e p h o n ef r e e E q u i

5、p p e dw i t ht h i sg a t e w a y ，ac o r n p a n yc a ns a v et h em o s tC O S to ft e l e p h o n e T h i sa r t i c l em a i n l yp r e s e n t st h eh a r d w a r ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h es y s t e m K e y w o r d s ：c o m p a n y ；V O I Pg a t e w a y ；M P C 8 5 5 T ；T M

6、S 3 2 0 V C 5 4 0 9 l 引言 当用户用普通电话拨打电话的时候，检测拨打的是长 途( 国际、国内) 还是市话，若是市话，通过时隙交换芯片交 换至模拟中继接至电信的P S T N 交换局，用户通过电信的 线路通话；若是长话，通过时隙交换芯片送至语音处理模 块，进行压缩，压缩后的数据送到M P C 8 5 5 T 打包成I P 格 式，通过网口送至I n t e r n e t ，反向也同时选通，对方通过I n - t e r n e t 传回的数据经过M P C 8 5 5 T 拆包成P C M 格式，送至 语音处理单元进行解压缩后，通过时隙交换至相应的 电话用户模块，完成长途

7、通话，这样节省了大部分长 途话费；同时可以在用户端编加短号，进行内部交换 免费通话。当有电话从模拟中继来时，通过时隙交换 至对应的电话用户模块进行通话，不用经过语音处理 模块和M P C 8 5 5 T 进行处理。 2 系统结构设计 该系统的设计主要偏重于运用数字化方式实现， 随着实时数字信号处理技术的发展，R I S C + D S P 体 系结构成为企业级V O l P 实现的主要方式。R I S C 提 供处理器功能以及相关外围设备功能，D S P 完成低比 特率话音编解码、静音检测、分组丢失补偿、回波抑止 等功能；本地交换模块提供普通用户线、中继线和长 收稿日期：2 0 0 5 1 0

8、 2 4 8 8 途号码发送到D S P 编解码的交换转接功能；网络接 口模块提供以太网接口功能；电话接口模块提供普通 用户线和中继线接入功能。 3 硬件电路的设计与实现 本系统主要包括以M o t o r o l aR I S C 处理芯片 M P C 8 5 5 T 为核心的主控模块，以T ID S P 芯片 T M S 3 2 0 V C 5 4 0 9 为核心的实时数据处理模块，及8 9 C 5 2 ， M T 8 9 8 0 ，S L I C + C O D E C 和电源系统，其系统框图见图1 。 图1系统框图 万方数据 3 。1主控模块 系统主控模块主要负责控制和协调各种工作。采

9、用 M o t o r o l a 公司生产的R I S C 微处理芯片M P C 8 5 5 T ，该处 理器内嵌1 个P o w e r P C 的R I S C 核和4 个集成式通讯控 制处理器( S C C ) 接口，可支持多种D R A M ，并支持其刷新 方式，具有支持R T O S 系统需要的软件W a t c h d o g ，M M U 等功能，能较好地支持多种串行数据通讯方式，能支持快 速以太网1 0 1 0 0 B a s e T 接口，得到V x w o r k s 嵌入式操作 系统的完全支持，有较强的运算能力，性价比高，一般工作 在5 0M H z 的工作频率下。 3

10、 1 1B 0 0 T R O M B O O T R O M 容量要求为5 1 2k B ，采用8B 数据。选用 S S T 公司的F L A S H 存储器S S T 3 9 V F 0 4 0 7 0 4 C W H ( 5 1 2k 8B ) ，采用3 3V 电源。 因为B 0 0 T R O M 中的数据为只读，S S T 3 9 V F 0 4 0 中 的W E 接为高电平。地址总线接B A 1 3 ：3 1 7 ，共1 9 位。 数据总线经过7 4 L C X l 6 2 4 5 驱动后接B D E 0 ：7 。 3 1 2 内存( S D R A M ) C P U 的内存要求

11、为1 6M B ，采用3 2b 数据。选用2 片M i c r o 公司的S D R A M ，型号为M T 4 8 L C 4 M 1 6 A 2 ( 1M 1 6h 4B a n k s ) 。 M ，r 4 8 I 麒M 1 6 A 2 的同步时钟用C P U 的5 0M H z 输出 时钟C L K O U T ，时钟使能端C K E 接固定高电平( 有效) 。 3 1 3串口 利用M P C 的S M C 配置2 个串口，其中S M C l 被配置 为调试串口，S M C 2 配置为另一串口用于与单片机通讯，进 行用户端和时隙交换的配置，和单片机的串口线直接相连。 S M C l 配

12、置为调试串口其接口如下： R S2 3 2 接口通过R S2 3 2 电乎转换芯片实现+ 3 3V 电乎到R S2 3 2 电平转换。 3 1 4F E C ( 快速以太网) 接口 M P C 8 5 5 T 将通用I O 端口D 重映象用作媒体独立 接口M I I ，作为l o l o oM A C 控制接口，与P H Y 器件 L X T 9 7 2 A 的M I I 控制接口相连，符合I E E E 的1 0 0M b s 8 0 2 3M I I 接口，1 0M b s8 0 2 3M I I 接口，1 0M b s 7 线接 口；可支持1 0 0M b s 半双工、全双工操作。 3

13、1 5 控制逻辑( E P L D ) M P C 8 5 5 T 与D S P 间采用D S P 的H P I 接口形式，完 成对D S P 芯片的程序下载，数据的存取。M P C 8 5 5 T 的 C S 3 编程为8 位。本逻辑主要完成M P C 8 5 5 T 与D S P 间 H P I 接口的辅助功能，如8 个D S P 的片选扩展，存取数据 地址分配，中断处理( D S P 各中断的接收锁存，和 M P C 8 5 5 T 的轮询) 。 3 1 5 中断分配 中断分配如表1 所示。 表1 中断分配 3 2D S P 模块功能 本系统采用8 片T IT M S 3 2 0 V C

14、 5 4 0 9D S P ，每片D S P 完成四路g 7 2 3 语音压缩解压缩、语音激活检测、回声抵 消、时延抖动处理和时钟同步功能。D S P 和本地交换模块 利用标准P C M 接口进行通讯，每片D S P 对应P C M 串行 总线中的某2 个固定时隙。电话信令模块( 软件) 负责 D S P 和分组协议模块问的通信，分组协议模块则把信号信 息从电话网协议D S O 转换为分组网协议( I P ) 。其语音压 缩处理的模块如图2 所示。 图2D S P 功能模块 其中P C M 接口进行传统的G 7 1 1A D 和D A 变 换，变换结果送到语音编解码模块，根据G 。7 2 3

15、1 标准进 行压缩和语法转换，P C M 接口单元包括信号音发生器和 重新采样器，重新采样器的输入信号来自舒适噪声单元和 分组丢失管理单元。 在发送端，还用到基于I T U TG 1 6 5 G 1 6 8 建议的 回波抵消器。他的输出分别送到增益控制器，语音激活检 测器和信号音检测器。语音激活检测器的输出经过遵循 I T U TG 系列建议的编解码器处理，送到分组协议模块 进行组装后发送出去。 在接收端，分组协议模块接收分组数据，然后将这些 数据送到自适应播放单元，在此单元分组丢失管理器监 测，补偿分组丢失的情况，接收到的数据反馈到舒适噪声 单元，通过给接收方提供必要的噪声来仿真电话线。 3

16、 3 本地交换和用户接口、模拟中继模块 本地交换模块和用户接口、模拟中继模块主要完成本 8 9 万方数据 篓曼墨芋竺 苎：、翌篓麓总霎冀过单点是黧曼曼昱 本文详细阐述了企业级免话费解决方案的硬件系统 鼍翟9 8 ：翌竺烹差行交换。琶羔D ，、S 。P 。，量冀曼之曼竺设计，某葛算圣荔。“- V “P + “A “”“叭“”“讪 上的8 个时隙可以由M T 8 9 8 0 固定分配到某几个时隙( 和一”。一 竺连孳芝絮二竺接口巴擘寰，用户占晨一套用户电”珀葛纛系统给用户预留了方便的接口，用户只要与 路。本系统选用I D T 公司的C O D E C ( I D T 8 2 1 0 6 8 一_

17、0 、：一一一。 竺銮警免譬：；罂登? 竺奎导竺兰二：竺竺三O 谴D E ，三无旧萎薹器染表明，该v o 。P 为企业本地和长途免话费提 竺，兰黧愁专竺配矽旧只需要接少量器件减少供了三= ；= i ；葛磊泛I T T ：I ：1 ：1 差蕞= 三主举喜磊茎喜 了调篓篓竺菱竺竺里氅快舳。州， 芸森系妄蔷：萎磊本地打乙菇葛茹磊至葛 。篓拟：笔冀姜黧黧篓登苎曼竺爹妾吴吴藻蕃主盖喜磊茗j 。“1 乃。“”“2 “ 间的接E l 电路，当数字交换机要与模拟中继线连接时，在 一一”“一一“一一 作者简介张朝霞女，成都理工大学信息工程学院在读硕士。 ( 上接第8 7 页) 5 结语 用一维数组为辅助实现了K

18、 r u s c a l 算法中判断回路的 问题，该方法避免了一般求并集时寻找“代表”的过程，使 得程序简单易懂，一目了然。另外，他还具有较强的通用 性，增强代码的复用性，同时图以文件的形式输入，结果输 出也优于其他方式。 9 0 参考文献 1 赵文静数据结构I - M 西安：西安交通大学出版社。1 9 9 9 2 美 A n a n yL e v i t i n 算法设计与分析基础 M 潘彦译北 京：清华大学出版社，2 0 0 4 3 谭浩强C 程序设计 M 北京：清华大学出版社，1 9 9 9 作者简介徐珊娜女，1 9 8 1 年出生，硕士研究生。主要从事软件集成与开发技术的研究工作。 万

19、方数据 企业级VOIP网关的硬件设计与实现企业级VOIP网关的硬件设计与实现 作者：张朝霞， 王红玲， 江玉乐， ZHANG Zhaoxia， WANG Hongling， JIANG Yule 作者单位：成都理工大学,信息工程学院,四川,成都,610059 刊名： 现代电子技术 英文刊名：MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 年，卷(期)：2006，29(8) 被引用次数：1次 参考文献(4条)参考文献(4条) 1.中华人民共和国信息产业部 YD/T 1071-2000.IP电话网关设备技术要求 2003 2.曹玖新 VOIP实现技术研究 2000 3.戴明桢.周建江 T

20、MS320VC54X DSP结构、原理及应用 2001 4.TMS320C5409 Fixed-point Digital Signal Processor Data Manual 2003 相似文献(7条)相似文献(7条) 1.学位论文 郑朝霞 企业级VoIP网关的设计与实现 2003 该论文首先通过介绍VoIP的发展过程、优势和课题的背景,接着,介绍VoIP网关系统组成与功能,以及与实现VoIP网关有关的协议,对VoIP技术有了一 个整体概念.然后,重点研究VoIP网关的总体设计的思想及其应用和模块的划分,先论证了注重设计思想的必要性,重点阐述了此VoIP网关按照总体系统设 计中的结构化分

21、析、自顶向下分解方法把企业级VoIP网关分解成两个半呼叫,然后接着在结构层次化的思想指导下层层细化,把系统彻底分解成一个个单 一功能的模块.紧接着通过详细描述VoIP软件关键技术和详细设计,先描述了VoIP网关中所采用的系统服务技术;然后关于如何提高VoIP网关的语音、传真 质量给出了策略,最后描述了T.38模块详细设计的数据结构的实现、状态变迁图和它的程序处理流程图,从实际角度实现了企业级VoIP网关. 2.学位论文 虞凌宏 基于SIP协议和ARM平台的VoIP网关的研究和实现 2006 语音、视频和数据三大网络重复投资是通信资源的大量浪费。全世界各国都在研究这个问题，三网合一和下一代网络(

22、NGN)是现在最热门的话题。 VoIP是其中个一关键技术之一。VoIP业务量正以飞快的速度在增长，在不远的将来，Internet提供的话音业务很可能将超过PSTN。在企业内部也同样可 以将数据网与电话网二网合一，来改善企业内部的工作方式，提高协同工作的效率。连接电话与数据网的关键设备就是网关。 本文定位在企业级VoIP网络语音终端网关，详细论述了如何设计和实现一个基于SIP协议和ARM平台的语音网关设备。本文首先论述了VoIP的背景和 原理，然后研究分析SIP协议应用于及时通讯的可行性和优越性，从而提出一种基于SIP协议的嵌入式VoIP网关的设计方案。然后从系统平台和应用程序 开发两大方面详细

23、论述了本系统的设计和实现。其中系统平台采用了ARM7为核心的硬件平台和VxWorks实时操作系统，并成功实现了VxWorks操作系统在 此硬件平台上的移植，实现了一个低价而高效的32位的嵌入式硬件平台。在应用程序开发上采用了优秀的开源SIP协议栈eXosip/oSIP协议栈，并在 此上进行了任务设计和程序开发。最后对系统的软硬件进行了测试和仿真。 事实证明，本文提出的方案和实现具有很强的现实意义，同时具有进行后续研究的价值。 3.学位论文 汤传俊 VoIP网关的实现及其噪声抑制延迟控制技术研究 2001 该文主要介绍了目前VoIP的基本体系结构以及遵循的相关标准,针对VoIP中存在的关键性的敏

24、感问题:延迟与噪声进行了分析.并采用NMS公司的 AG2000语音卡构造了VoIP中的核心设备IP网关.它提供以下功能:传输格式间的转换,通信规程间的转换,音频、数据格式转换,呼叫控制信令的转换,对 PSTN的呼叫控制功能,PSTN电路交换功能,实时语音处理/语音压缩功能,IP网络呼叫控制功能,对实时对话协议RTP/RTCP的控制功能,呼叫日志,计费功能 ,还包括关守的地址翻译/搜索等功能.此网关能够满足企业级的VoIP应用要求.并在此网关设备上针对对语音质量影响比较大的关键性因素进行了调整测 试,如各类编码方式的话音质量与延迟、组包大小与延迟、回声消除算法、数字混音算法等.随着技术的发展,目

25、前所有制约VoIP的因素必将被解决.我们 相信,VoIP将会替代传统的语音传输模式,将会为人类的生活带来巨大的方便. 4.期刊论文 陈英杰 PMC-Sierra MSP降低VoIP网关成本 -现代电信科技2004,“(11) 为满足市场快速增长的VoIP需求,PMC-Sierra公司日前在北京发布了集成的VoIP产品-多服务处理器(MSP)系列,包括MSP2015、MSP2020、MSP4000和 MSP5000产品,可用于在家庭住宅和SOHO宽带网关、模拟电话适配器(ATA)和小型企业级IP PBX产品上添加PSTN级语音质量的VoIP功能.该系列产品能够降 低具备VoIP功能的宽带用户驻地

26、设备的成本,是PMC-Sierra公司进一步加强其产品向终端用户提供语音、视频和数据业务“三网合一(triple-play)“服务 能力的整体战略的一部分. 5.学位论文 何峥 企业级Voice over IP技术在我国的应用研究 2002 VoIP网络技术是当今宽带网发展中媒体接入应用方向之一,企业级IP网络电话系统设备是VoIP网络技术应用的成果.它是解决分布地域广泛的集团或 个人通信的新一代电话系统.企业级IP网络电话系统设备基于因特网(Internet)或企业网(Intranet),方便与公共电话交换网(PSTN)或小交换机(PBX )相 连组成通信网络,在IP(Internet Pr

27、otocol)网上通过TCP/IP协议来实现话音、传真的实时传输.其关键设备是网守、VoIP语音网关及网络电话终端产品 .该文通过企业级VoIP产品的研发,实现了一种基于“通用CPU平台+部分专用功能芯片+自主软件设计“的VoIP解决方案.该方案具有一定的先进性和较强的 实用性、可行性.论文重点研究了该VoIP方案中DSP模块的设计及H.323协议的实现,详细论述了DSP的结构与功能及H.323协议栈的网守搜索、呼叫处理、 H.245逻辑通道处理、RTP/RTCP分组发送、监听处理等模块的原理、设计和实现.设计的DSP模块语音压缩实现了三种编码方式G.723.1、G.729A、 G.711(A

28、、律),并已达到G.168标准的30ms自适应回音消除.研制的VoIP网关呼叫建立时间在5秒以内,其端到端的时延在400ms以内,时延抖动在80ms以内 ,丢包率1,其通话质量MOS分在3.5分以上.论文还结合实际的复杂网络环境,归纳了产品在中小企业VoIP组网实践中的典型应用.该文所研制的企业级 VoIP产品业已完成中试并实现小批量生产. 6.期刊论文 封浩宇.林宇.杨霞.Feng Haoyu.Lin Yu.Yang Xia 企业级VOIP/FOIP网关的硬件与软件设计 -计算机工 程与应用2000,36(12) 文章通过对企业级VOIP/FOIP设备的分析,讨论了基于PC主机系统的VOIP

29、网关的架构并简介了该网关系统的硬件与软件设计方法.该系统具有设计简单 、功能齐全、升级容易等特点,符合企业级VOIP通信的要求,语音失真程度低、时延少,不失为一种好的解决方案. 7.学位论文 高鹏 基于SIP的VoIP系统的实现及其语音质量问题研究 2005 本文介绍了VoIP的发展和VoIP的实现机制，对目前主要的两种VoIP控制协议H.323和SIP进行了介绍和比较，详细介绍了SIP协议的功能，结构和 SIP请求与响应消息的构成，讨论了SIP的基本操作如注册和呼叫等的实现，讨论了SIP协议的安全性问题，提出了一个完整的企业级VoIP系统的设计思想 ，具体讨论了系统各部分包括SIP服务器，嵌

30、入式VoIP网关各部分软硬件的设计和实现，给出了网关位于广域网以及内网的两种通信实现，在广域网系统 中，给出了具体的通信实例，在内网系统中，着重讨论了如何穿越防火墙的问题，讨论了影响VoIP系统通信的语音质量的几个重要问题，列举了一些现 有的消除抖动的自适应播放算法，并根据得到的网络时延分布在这些算法的基础上提出了自己的一些算法，对所列举的算法进行了仿真，仿真结果表明 ，改进算法具有较好的效果。 引证文献(1条)引证文献(1条) 1.杨帆.赵利 基于MC68HC908的VoIP电话终端的设计与实现期刊论文-国外电子元器件 2007(2) 本文链接：http:/ 授权使用：华中科技大学(wfhzkjd)，授权号：d6b4c51a-17fc-4a38-9c86-9e3c00e48410 下载时间：2010年11月28日