關(guān)鍵詞 IP電話 DSP G.729 AC48801 ENC28J60
引 言
IP電話是利用國際互聯(lián)網(wǎng)Internet為語音傳輸?shù)拿浇?，實現(xiàn)語音通信的一種全新的通信技術(shù)。其通信費用的低廉(有人稱之為廉價電話)，節(jié)省帶寬；智能化；開放的體系結(jié)構(gòu)；多媒體業(yè)務(wù)的集成。IP電話網(wǎng)絡(luò)支持語音、數(shù)據(jù)、圖像的傳輸，為將來全面提供多媒體業(yè)務(wù)打下了基礎(chǔ)。IP電話是未來“三網(wǎng)合一”的一項服務(wù)，有望成為下一代電信基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的核心，使未來各電信業(yè)務(wù)綜合在同一IP網(wǎng)絡(luò)上成為可能，導(dǎo)致語音、數(shù)據(jù)、圖像的融合和未來電信市場的重組，并帶來新的經(jīng)濟(jì)模式和價值鏈。IP電話的主要特點是語音在Intenet傳輸；技術(shù)難點是語音的解壓縮和打包傳輸，因為不可能原原本本地把原始語音信息從Internet上發(fā)送出去，這樣會占用太大的帶寬。語音信號必須經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換成適合在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。這個過程需要先進(jìn)行數(shù)字編碼，轉(zhuǎn)換成PCM碼，然后經(jīng)過專門的DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，最后再打上IP包的標(biāo)記，形成IP數(shù)據(jù)包的形式，以適合IP網(wǎng)絡(luò)上的傳輸寬帶。目前，IP電話的標(biāo)準(zhǔn)主要有ITU-T的H.323和IETF的SIP。H.323主要在電信網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)制訂，技術(shù)很成熟；而SIP是基于動態(tài)的Internet模式建網(wǎng)，是基于軟交換技術(shù)的面向網(wǎng)絡(luò)會議和電話的簡單信令協(xié)議。我國主要采用H.323標(biāo)準(zhǔn)。在H.323系列標(biāo)準(zhǔn)中，音頻壓縮編碼有G.711、G.723和G.729等。本文介紹基于51單片機(jī)控制的IP電話的系統(tǒng)設(shè)計工作原理。
1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為主控芯片，語音處理芯片采用以色列AudioCodes公司生產(chǎn)的AC48801，可縮短開發(fā)時間和減少經(jīng)費，硬件框圖如圖1所示。
1.1 AC48801芯片
AC4880l是Audio Codes公司生產(chǎn)的一種專用語音處理芯片，具有低比特率的語音壓縮編碼、解壓和傳真等多種功能。芯片內(nèi)部集成了一個16位的DSP，其中固化有芯片本身所提供的各種編碼操作格式，使開發(fā)者不用另外進(jìn)行解壓縮算法的研究，只需要根據(jù)它的HPI接口進(jìn)行相關(guān)的配置既可工作。除此之外，該芯片還有以下特點：
◇支持G.729A、G.727、G.726、G.711等多種語音壓縮編碼；
◇語音/傳真/數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換；
◇損毀封包自動修復(fù)；
◇呼叫ID產(chǎn)生和檢測，呼叫進(jìn)程和用戶定義語音檢測和產(chǎn)生；
◇兼容G.168的25ms回聲消除；
◇DTMF的檢測和產(chǎn)生；
◇A律/μ律可選的C0DEC接口。
AC48801接口如圖2所示。
AC48801提供了語音接口與外面的CODEC相連，由PCMIN、PCMOUT、PCMCIK、PCMFS四根信號線組成。PCMIN接收CODEC進(jìn)來的PCM編碼，相反PCMOUT是轉(zhuǎn)送PCM編碼到CODEC進(jìn)行解壓還原成模擬信號；PCMCLK和PCMFS分別是2.048 MHz位同步時鐘和8kHz的幀同步時鐘，均可以設(shè)置由AC4880l內(nèi)部提供。AC48801還提供8位數(shù)據(jù)HPI接口。由于AC4880l是16位的DSP，所以主控每次對AC48801操作都是連續(xù)進(jìn)行2字節(jié)的讀寫過程，HI/LO信號顯示當(dāng)前操作是高8位還是低8位；HRS0、HRSl信號組合對三個寄存器(控制寄存器HPIC，地址寄存器HPIA，數(shù)據(jù)寄存器HPID)操作；HR/w信號控制當(dāng)前的讀寫，高電平表示主控芯片要進(jìn)行讀操作，低電平表示主控芯片要進(jìn)行寫操作；HRD信號為讀鎖存，HWR信號為寫鎖存，在它們的下降沿鎖存HI/LO、HR/w、HRS0、HRSI等信號，所以在每次對。HI/LO、HR/W、HRS0、HRSI設(shè)置前都將HRD或HWR先置1，設(shè)置完成后再置O，然后所進(jìn)行的設(shè)置馬上生效；CS是片選信號；HINT是DSP對主控的中斷。
1.2主控芯片
主控芯片主要對AC48801、ENC28J60、sLIC設(shè)置和監(jiān)控，并實時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于主控芯片要處理的數(shù)據(jù)不是很大，采用速度稍微快些，性能較好的51內(nèi)核的單片機(jī)就可以完成工作。這里使用STC89系列的單片機(jī)，最高工作頻率可達(dá)90 MHz，處理8 kb/s(G.729)數(shù)據(jù)流已綽綽有余。另外，支持AC48801工作的內(nèi)核代碼和程序代碼放在EEPROM里。因為這兩個代碼不經(jīng)常用，只有在系統(tǒng)上電時，才由主控芯片通過HPI接口送到SRAM，所以EEPROM采用帶IZC接口的24C1024。這樣接口方便，制板布線也很容易。
1.3 CODEC接口芯片
CODEC芯片負(fù)責(zé)對DSP解壓后送來的PCM數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，還原成模擬信號并濾波后，送到用戶接口芯片SLIC；同時，CODEC芯片還負(fù)責(zé)將SLIC送來的模擬語音信號進(jìn)行PCM編碼并送到DSP進(jìn)行壓縮。本設(shè)計中用的CODEC芯片TCM29C13是單通道PCM編解碼器，帶有濾波功能。它工作的位同步時鐘PCMCLK和PCMFS幀同步時鐘由AC48801提供。
1.4 用戶線接口電路(SLIC)
用戶線接口電路是SODES和模擬設(shè)備的接口。設(shè)計中采用的是Intersil公司生產(chǎn)的HC55181用戶線接口電路(SLIC)芯片，特點如下：
◇能傳輸多種振鈴信號，可通過邏輯電平來控制器件的工作狀態(tài)；
◇帶有CODEC振鈴接口，2-4線轉(zhuǎn)換功能；
◇振鈴峰值電壓幅度可達(dá)到95 V；
◇具有內(nèi)部關(guān)斷和指示報警功能；
◇可自動檢測用戶摘機(jī)或掛機(jī)；
◇使用外部元件較少。
1.5 EN028J60芯片
ENC28J60是美國微芯公司新推出的28引腳獨立以太網(wǎng)控制器，采用SPI接口和主控芯片相連，具有占位小，成本低，使用方便等特點，接口如圖3所示。ENC28J60主要功能包括：內(nèi)置10Mbps以太網(wǎng)物理層器件(PHY)及媒介接人控制器(MAC)，可按業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數(shù)據(jù)；特殊的過濾器，包括Microchip的可編程模式匹配過濾器，可自動評價、接收或拒收MagicPacket、單播(unicast)、多播(multicast)或廣播(broadcast)信息包，以減輕主控單片機(jī)的處理負(fù)荷；業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的串行通信端口，低至18引腳的8位單片機(jī)也具有網(wǎng)絡(luò)連接功能；可編程8 KB雙端口SRAM緩沖器，以高效的方式進(jìn)行信息包的存儲、檢索和修改，減輕主控單片機(jī)的內(nèi)存負(fù)荷。該緩沖存儲器提供了靈活可靠的數(shù)據(jù)管理機(jī)制。
2 工作流程
系統(tǒng)上電，主控芯片要對各個部分進(jìn)行初始化。
①初始化ENC28J60，配置相關(guān)寄存器，設(shè)置緩沖區(qū)。
②主控芯片首先從24C1024讀取內(nèi)核代碼和程序代碼，通過HPI放到SRAM里，然后發(fā)出AC48801初始化命令和運行命令。AC48801給出摘機(jī)音，然后AC48801檢測到DTMF信號并通知主控芯片，主控芯片讀取DTMF信號并打成IP包通過RJ45發(fā)送出去，同時給AC48801撥號音；建立連接后AC48801按照G.729標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解壓縮運算，每10ms和主控芯片交換1次數(shù)據(jù)。同樣，若主控芯片收到的IP包有DTMF信號，就給AC48801發(fā)出DTMF命令，給出振鈴信號。
結(jié)語
本文采用51單片機(jī)、AC48801與ENC28J60構(gòu)成的IP電話具有成本低，開發(fā)周期短的特點。對以太網(wǎng)控制器的設(shè)計有較好的參考價值。
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