一种基于低成本DSP的VoIP语音网关的研究与实现

摘要

近年来，随着计算机网络的飞速发展，基于IP分组网络的实时多媒体业务的应用越来越多。其中，VoIP技术以其价格优势和丰富的业务平台为远距离语音通信提供了强大而有效的手段，成为了当今技术研究的热点。 VoIP的核心设备是IP电话网关，为了保证通话的通畅，使用了数字信号处理器（DSP）来对语音进行处理。VoIP发展的关键技术之一是信令技术，目前最为广泛应用的两种VoIP信令协议是H．323和SIP。由于SIP在设计上体现了Internet体系结构的优势，且基于文本方式的信令简单、易于扩展、便于实现，更符合VoIP和未来网络的发展趋势，因此拥有广阔的发展前景。 本文提出了一种基于低成本DSP-AR1688的VoIP语音网关的设计思想。AR1688是北京掌微公司开发的旨在为VoIP提供系统解决方案的SOC芯片，该芯片集微处理器和高质量的数字信号处理器于一体，具有集成度高、功耗低、体积小、成本低等优势。本课题以其为核心开发出的VoIP以太网语音网关，使得中小型企业和家庭用户可以不通过PSTN而采用局域网接入的方式，使用普通话机拨打IP电话，因此具有良好的市场前景。 本文阐述了与网关设计相关联的VoIP理论基础，分析了语音编解码技术、通信协议、VoIP系统组成、网关需求和性能，致力于并成功实现了基于AR1688的VoIP语音网关的开发，包括硬件设计和软件设计。硬件部分主要涉及电路原理图设计和印制电路板设计过程；软件部分主要涉及AR1688主控流程的状态定义、基于DSP的实时语音处理模块的设计、SIP协议栈的设计思想及移植、SoftGateway的设计思路。最后文章给出了产品的测试结果，经过电路测试、模块功能测试和综合测试，证实该网关设备运行稳定，能够实现预定的功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 论文背景

1.2 VoIP提出的背景

1.2.1商业考虑

1.2.2 IP的普遍存在

1.2.3技术的成熟

1.2.4 向数据网转移

1.3 VoIP概述

1.3.1 VoIP通信原理简述

1.3.2 VoIP的实现方法

1.4 课题来源及文章结构

第二章 VoIP技术基础

2.1 VoIP与PSTN的比较

2.1.1工作方式比较

2.1.2交换方式比较

2.1.3信令比较

2.1.4寻址体系的比较

2.1.5路由比较

2.1.6延迟比较

2.2 VoIP 话音编解码技术

2.2.1 ADPCM：差分自适应脉冲编码调制

2.2.2 CELP：码本激励线性预测

2.2.3 VoIP的话音质量评价标准

2.3 VoIP中的通信协议

2.3.1 ITU-T H.323标准

2.3.2 SIP协议

2.3.3实时传输协议RTP

2.3.4 实时传输控制协议RTCP

2.3.5会话描述协议SDP

2.4 VoIP系统组成

2.5 VoIP网关分析

2.5.1网关的引入

2.5.2基本原理

2.5.3网关的组成与功能

2.5.4网关的主要技术

2.5.5基于PSTN的FXS与FXO型网关的分析

第三章 VoIP以太网语音网关的设计架构

3.1 课题的提出

3.2 使用示意

3.3 需求分析

3.4 性能要求

3.4.1 呼叫建立时间

3.4.2语音传输时延

3.4.3 时延抖动

3.4.4丢包率要求

3.4.5语音质量要求

3.5 总体设计思想

第四章 VoIP以太网语音网关的硬件设计

4.1 硬件设计流程

4.2 电路原理图设计

4.2.1 总体设计

4.2.2处理器芯片AR1688

4.2.3存储器设计

4.2.4以太网模块

4.2.5用户线路接口电路

4.2.6 DTMF

4.2.7 电源模块

4.2.8复位电路

4.3 PCB设计

4.3.1 电子元器件的封装设计

4.3.2 布板的条件限制

4.3.3 PCB的功能分割

4.3.4 PCB走线的设计

4.3.5 ECO

4.3.6 PCB设计中常用元器件的选择

4.3.7抗干扰设计

4.3.8 PCB设计相关文件

4.4 设计中所用软件的介绍

4.4.1 OrCAD

4.4.2 PowcePCB

第五章 VoIP语音网关的软件设计

5.1. 网关系统的软件开发环境

5.2 系统软件实现架构

5.3 AR1688主控模块的开发

5.3.1 AR1688的流程介绍

5.3.2程序结构

5.4 语音处理模块的设计

5.4.1语音处理模块的结构

5.4.2语音处理模块的工作流程

5.4.3语音编解码器程序设计

5.4.4语音编解码器的DSP定点实现

5.5 SIP协议栈模块的设计

5.5.1 SIP协议栈实现的总体结构

5.5.2 SIP协议栈类的设计

5.5.3 SIP协议栈的选取

5.5.4 SIP UA的设计思想

5.5.5 eXosip/Osip2协议栈的UA结构

5.5.6 eXosip函数归类

5.5.7设计任务函数

5.6 SoftGateway的设计

第六章 网关产品调试和测试

6.1 更新操作介绍

6.1.1 Flash烧录方式

6.1.2 TFTP方式

6.1.3 Web页面配置方式

6.2 硬件调试

6.2.1 电路调试

6.2.2模块功能调试

6.2.3综合调试

6.3 产品测试

6.3.1测试环境

6.3.2网络速度测试

6.3.3网关功能测试

6.3.4话音性能测试

6.4 测试总结

第七章 工作总结及展望

7.1 工作总结

7.2 进一步的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文