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IP电话的VoIP语音网关设计

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引言
近年来，Internet得到了飞速发展和普及应用，而作为其核心技术的IP协议体系在数据网络架构中的统治地位已得到了广泛认同 。
同时，随着基于IP技术上各种应用技术的提出，尤其是VoIP技术的提出，使得数据网络通信逐渐的融入了传统的话音业务领域 。
VoIP(VoiceoverIP)俗称IP电话(InternetProtocol Phone)，是利用IP网络实现语音通信的一种先进通信手段，是一种完全基于IP网络的语音传输技术 。它利用语音网关，软交换平台，网守等设备将模拟信号数字化，然后将数据压缩成数据包，通过IP网络传输到语音的目的地址 。目的地址接收到数据包后，将数据重组，解压缩后再还原成模拟信号 。这样，一次完整的通话过程就在IP网络中实现了 。本文将讨论如何在嵌入式μCLinux环境下设计出在IP网络中承担数据压缩、解压和传输等重要功能的设备——VoIP语音网关 。
1IP电话系统的基本组成
IP电话系统一般由三部份组成：电话(phone)、语音网关(gateway)和网守(gatekeeper)，如图1所示 。
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电话是指可以通过电话网或一线通(ISDN)连到本地网关的电话终端 。
语音网关是指通过IP网络提供电话之间完成话音通信的要害设备，即Internet网络与电话网和一线通(ISDN)网之间的接口设备 。它完成语音压缩(将64Kb/s的语音信号压缩成低码率的语音信号)和寻址与呼叫控制，并具有IP网络与电话(PSTN)或一线通(ISDN)互连的接口功能 。
网守即网络治理者，负责用户注册、计费等治理功能．
2VolP语音网关
IP电话系统设计的核心为VoIP语音网关 。根据VoIP语音网关的功能需求以及市场上的成熟技术，笔者采用“硬件 嵌入式操作系统 应用层软件”的系统架构来设计VolP语音网关 。
对于硬件平台，以VolP主芯片为核心附以必要的外围设备 。主芯片采用TexasInslruments生产的TITMS320VC549DSP和Samsung公司ARM7TDMI核的双内核结构 。
【IP电话的VoIP语音网关设计】 VolP软件部分分为两层：嵌入式操作系统和应用层软件 。利用开放源代码的实时操作系统μClinux作为嵌入式操作系统，采用模块化设计，开发平台友好 。根据功能需求，在应用层软件中包括语音包处理模块、电话信令网关模块、路由寻址模块和网络治理模块 。
2.1硬件实现
VolP语音网关由主芯片、存储器、以太网接口、音频接口和I/0扩展电路等几部分组成，硬件框图如图2所示 。
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(1)主芯片
主芯片框图如图3所示 。主芯片由TMS320VC549DSP和ARlM7TDMI双内核构成 。
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ARM7TDMI内核使用50MHz主频和单周期精简指令，内建8KBRAM、DMA控制器和中断控制器，并支持各种总线扩展 。其内部的SIM (System Integrated Module)单元集成了丰富的通用模块，包括2个异步串口，2个32位的计数器和以太网控制器等 。
TI公司的16位高速定点DSPTMS320VC549，其处理速度高达100MIPS且功能十分强大，可支持所有高压缩/低时延编解码(G．711、G．729、G．729a和G．723．1)，并完全支持回声抵消、语音状态检测、静音压缩、抖动缓冲和舒适噪音产生等功能，保证统一、高质量的语音交互 。
本硬件设计采用双内核结构，使VoIP语音网关在功耗和应用的复杂度之间建立了良好的平衡 。采用双内核的优势如下：
①提高语音处理的实时性，避免传统单内核设计功耗太大的缺点 。若全部工作都由ARM7TDMI核来完成，负担过重，实时性能受到影响，将会造成语音质量下降，且限制了通信的会话路数，不能满足大量用户通信的要求 。现由DSP处理器完成实时的语音信号压缩、DTMF信号的检测与产生、回波消除等工作，既减轻了ARM核的负担，同时又提供了多个话路，降低了功耗，使网关为多用户提供服务成为可能 。

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