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1、摘 要 本文对于基于DSP 网络电话终端的语音传输进行了研究, 提出了网络电话通信系统总体设计方案。采用DSP(TMS320DM642)和以太网接口电路(Intel LXT 971)设计了网络电话终端的硬件电路。采用TCP/IP协议对语音包进行封装打包从而达到网络通信的目的，实现了语音信号的计算机网络传输。适用于企、事业单位的电话通信,能够节省安装电话的设备费、维修费和电话费。关键词: TMS320DM642; TLV320AIC23; TCP/IP 协议;Intel LXT 971; Abstract In this paper, we research of VOIP Transmissi
2、on Terminal based on DSP, propose the design program of telephone communication system network. Utilize DSP (TMS320DM642) and Ethernet interface circuit (Intel LXT 971) design the VOIP terminals hardware circuitry. Use the TCP/IP protocol pack the voice bin for the communication though the Internet,
3、realize the computer network transmission of voice signal. Apply to enterprises and institutions of the telephone communication,be able to save the installation of telephone equipment and maintenance fees and telephone charges.Key words: TMS320DM642; TLV320AIC23; TCP/IP protocol ;Intel LXT 971;目 录中文
4、摘要.1英文摘要.21绪论1.1 IP电话的发展背景1.2 IP电话的发展概况1.3 IP电话与传统电话的比较1.4本论文的主要工作2 IP网络技术概述2.1计算机网络基础2.1.1网络分类2.1.2协议软件的分层结构2.2相关TCP/IP网络协议3语音编码技术3.1语音编码的基本原理3.2 G.711语音编码标准的介绍4 IP电话原理及技术4.1 IP电话基本原理4.2 IP电话的关键技术4.2.1分组语音技术4.2.2语音的编码和压缩技术4.2.3静音检测4.2.4分组丢失补偿4.2.5回波抵消4.3 IP电话的控制协议4.3.1H.323协议4.3.2会话初始化协议SIP4数字信号处理(
5、DSP)技术4.1 DSP概述5 系统的设计5.1系统的框图5.2 TLV320AIC23语音处理模块5.2 DSP语音处理模块5.3以太网模块6.软件部分7.数据仿真过程与结果结束语致谢参考文献第一章 绪 论1.1 IP电话的发展背景目前，在数据通信领域中存在着三大交换技术:电路交换、报文交换和分组交换。而历史最为悠久、目前应用最为广泛的就是公众电话网(PSTN )，其是基于电路交换技术，基本特点是为通话双方固定分配一条具有固定带宽的通信电路，在数字网中电路带宽为64kbit/s。一次通信包括建立电路、通话和释放电路三个过程，其中电路建立和释放需要信令的支持。通常将基于电路交换技术的通信网称
6、为电路交换网(SCN-Switched Circuit Network)，它包括模拟和数字的固定电话网和移动电话网。SCN的优点是可以保证为用户提供足够的带宽，从而确保低时延、低失真的实时通信服务质量(QOS);缺点是网络带宽利用率不高，无论用户是否处于讲话状态，分配的电路始终被占用。据统计，在正常的通话情况下，大约只有40%的时间为有声期，其余时间电路均为空占。至于报文交换，来源于电报通信，其最大的贡献在于提出了存储转发的概念。其传输单元为整个报文，由于报文长度的差异很大，长报文可能导致很大的时延，且缓冲区分配较困难，因此应用范围极其有限。 随着计算机技术的不断发展，尤其是Internet网
7、络不断完善，基于分组交换的数据通信成为最重要的通信方式。而数据通信与话音通信相比具有完全不同的特性和要求:首先，数据通信具有很强的突发性，表现为在短时间内会集中产生大量的信息，突发性的定量描述为峰值比特率和平均比特率之比，对于一般的数据传输，突发性可高达50，如果采用电路交换，若按峰值速率分配电路带宽，则会造成资源严重浪费，若按平均速率分配带宽，则会造成大量数据丢失;其次，在数据通信中，大量的数据终端为计算机，计算机型号繁多，速率相差很大，而电路交换只能定义若干种标准带宽的电路，因此很难用有限类型的电路将不同类型和速率的数据终端有效连接起来;另外，数据通信的基本要求是数据无差错地传送给对端用户
8、，而对传送时延则无严格要求，因此没有必要为通信双方事先分配一条独占的电路，而可根据用户的要求和网络可提供的带宽，动态分配带宽，将突发数据按选定的路径逐个节点地接力前传，数据在每个节点允许暂存，这就是分组交换的基本思想。分组交换技术的两大要素:一是采用长度受限、结构统一的分组作为数据传输的基本单位，每个分组的头部带有地址、序号、校验码等信息，供节点作检错校错、排队、选路等处理，数据部分则透明传送。二是采用存储转发机制，每个节点首先将前一节点送来的分组收下，暂存在缓冲区，然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其送至下一节点。由此可见，同一链路在不同时刻可以传送不同通信会话的数据，称之为网络资
9、源的统计复用，这是分组交换和电话交换的最大不同之处。分组交换最适合于数据通信，它不但极大地提高了网络带宽的利用率，而且由于存储转发机制可以根据网络的实际状态动态选择路由，因此即使某些节点发生故障，数据仍然能绕道到达目的地，从而提高了通信的可靠性。但是分组交换技术应用于话音通信就并非那么简单，国际上自七十年代初就开始进行分组话音通信的研究，但其目的并非出于经济上的考虑，而是源于军事通信的需要。由于军事通信系统要求可靠性高，网络可以重构，因此基于分组交换技术的网络被军方青睐，该网络不但需传送数据，还需传送口授命令等话音信号。但由于当时分组网络远未普及，缺乏市场推动力，因此基本上停留在理论研究和实验
10、室研制阶段。1.2 IP电话的发展概况 计算机网络上的话音通信是从七十年代起就开始研究，当时主要是基于ARPANET网络平台进行研究和试验，但话音质量不能令人满意，主要原因是网络速度慢，低比特率话音编码技术还很差，编码质量也不好。由于在广域网上进行分组话音通信的时机尚不成熟，八十年代的研究主要集中在局域网上的话音通信，而IP电话技术的迅速发展是在九十年代以后，特别是在1995年初，以色列VocalTec公司开发出可以通过Internet打长途电话的软件产品Internet Phone ，只要在多媒体PC上安装该软件，就可以通过Internet和其它安装同样的软件的联机用户通话。这个技术上的突破
11、引起了全世界的瞩目，同时，其背后的无限商机也使得许多研究机构、国际标准组织、产品制造公司开始进行此项技术的研究，从而使IP电话技术得到迅速的发展。但是，由于IP电话的国际标准还不完善，不同厂家的产品不能互通，限制了IP电话的进一步发展。到了1996年，经过各国专家数年的努力，ITU-T通过了局域网上支持可视电话通信的网络协议H.323协议，这一协议的推出成为IP网络电话系统的公共规范。与此同时，IETF也积极制订了IP电话通信的网络协议即基于SIP(Session Initiation Protocol)的控制协议。电话到电话:就是普通电话经过电话交换机连到IP电话网关，用电话号码通过IP网进
12、行呼叫，发端网关鉴别主叫用户，翻译电话号码/网关IP地址，发起IP电话呼叫，连接到最靠近被叫的网关，并完成语音编码和打包。收端的网关实现拆包、解码和连接被叫。对于电话到PC或是PC到电话的情况:就是由网关来完成IP地址和电话号码的对应和翻译，以及语音编解码和打包。PC到PC:多媒体PC经过电话线或局域网连接到Internet上，利用IF地址进行呼叫，语音压缩、编解码和打包均利用PC上的处理器、声卡、网卡等硬件资源通过软件方式来完成。从目前应用的IP电话的接入方式看，都必须经过PSTN接入到语音网关，经网守等管理服务器的一系列认证，再进行呼叫、接通和通话。现在虽然打IP电话的费用比打长途电话的费
13、用低了不少，但仍比上网费高了许多。或是PC机上网后通过IP电话软件来打IP电话，这样的话，双方必须都要有多媒体PC机才能实现。造成这种情况的原因是因为网络环境尚不完善，带宽不足，网络接口尚不能直达用户等。但是，随着网络的不断扩展和新技术的出现，高速宽带网络技术，如ATM, FR, FD DI、快速以太网以及高速接入网ADSL, VDSL, SDV, HFC等，尤其现在很多新型的小区都已经将网络接口接入到家庭用户，以前的IP电话接入技术已不太适合这些拥有网络接口直接上网的群体，人们需要的是一种设备终端可以直接上网打电话，而不需要经过公用电话网PSTN，这种设备终端就是IP电话机。也就是说，取而代
14、之将会是用户直接通过IP电话机拨打电话。1.3 IP电话与传统电话的比较与传统的电话比较，IP电话具有如下优点:(1) 节省带宽。电路交换电话消耗的带宽为64kbit/s，而IP电话只需6-8kbit/s(甚至低于2.4kbit/s)，从而节省了带宽，降低了成本。(2) 通话费用低。成本的降低，使通话费用随之下降，尤其是长距离通信。(3) 可以方便地集成智能。IP电话网继承了计算机网的智能模块，可以灵活地控制信令和连接，有利于各种增值业务的开发。(4) 开放的体系结构。IP电话的协议体系是开放式的，有利于各个厂商产品的标准化和产品之间的互相连通。(5) 多媒体业务的集成。IP电话网络同时支持语
15、音、数据、图像的传输，为将来全面提供多媒体业务打下基础。1.4本论文的主要工作本文研究的是基于DSP网络电话终端的语音传输的研究，主要工作分以下几部分:(1) 介绍IP网络及相关的TCP/IP协议，IP网络是IP电话的主要载体，采用的是基于分组交 换，这正是IP电话与传统电话的最大不同之处，通过两者的比较分析，更清楚地了解IP电话的优点和使用价值。(2) 介绍语音编码的基本原理，并对几种语音编码标准进行分析和比较。重点介绍和分析G.711标准的语音编码。(3) 介绍DSP原理和结构，主要是TMS320C642，此部分是作为语音编码的核心器件。(4) 重点介绍IP电话的语音传输的软件实现过程，包括语音的数模转换，压缩编码，以及打包封装等过程。第二章IP网络技术概述2.1计算机网络基础2.1.1网络分类按照网络规模的大小，可将计算机网络分为:广域网(WAN-Wide
