基于ARM7內核的IP電話設計

傳統的電話網是以電路交換的方式傳輸語音信號的，它需要的基本帶寬為64Kb/s。據統計，在正常的通話情況下，大約只有40％的時間為有聲期，其余時間電路均為空占，網絡帶寬利用率不高。隨著計算機技術的不斷發展，尤其是互聯網絡的不斷完善，基于分組交換的數據通信成為最重要的通信方式。而要在基于IP的分組網絡上傳輸語音，就必須對模擬的語音信號進行特殊的處理，使處理后的信號可以適合在面向無連接的分組網絡上傳輸，這就是分組語音技術。本文介紹的就是一種基于ARM7內核的IP電話設計。

G.728編碼標準

語音編碼技術是IP電話的核心技術之一，編碼質量的好壞直接關系到IP電話的通信質量。

G.728標準的語音編碼算法是16Kb/s的聲碼器編碼標準，采用低時延碼本激勵線性預測（LD-CELP）技術。線性預測器使用的是反饋型后向自適應技術，預測器系數是根據上一幀的語音量化數據進行更新的，因此算法時延較短，為0.625ms，相當于5個采樣點時間，這也是G.728的幀長時間。由于使用反饋型自適應技術，因此預測器系數無須傳送，唯一需要傳送的是激勵信號量化值，也就是碼本索引值。G.728標準的語音編碼算法的碼本總共有1024個矢量，索引需占10比特，因此其比特率為10/0.625=16Kb/s。

G.728標準的語音編碼的主要特點有：算法時延短，僅為0.625ms；一路編碼時延小于2ms；傳輸比特率為16Kb/s；MOS值為4.173，達到了長途通信質量。

由于G.728標準的語音編碼算法的時延短，語音傳輸比特率可以滿足IP電話的應用要求，所以選用G.728標準的語音編碼算法作為IP電話的編碼算法。

硬件系統設計

TMS470R1A256屬于TI TMS470R1x通用16/32位精簡指令微控制器系列。該系列采用高速的ARM7內核，從而保證了其高性能、高吞吐量和編碼空間效率。

系統的主要作用是充分利用ARM7內核高速的數據處理能力，以減輕計算機CPU的負擔；語音的錄入和輸出系統也單獨分離出來，這樣可以更好的和MCU進行數據傳輸，減少不必要的中間環節，減少時延。最后，通過高速的PCI總線，將數據傳送給計算機。系統的總體結構框圖如圖1所示，各模塊的具體功能如表1所示。

圖1 系統總體結構框圖

1 MCU與Flash的通信

由于TMS470R1A256的I/O接口電壓為3.3V，而AM29F101B的接口電壓為5V，所以在接口部分需要進行電壓轉換，并且AM29F101B的片選信號（CE）和輸出使能信號（OE）需要地址譯碼。這些工作均由一片復雜的可編程邏輯器件（CPLD）來完成。

由于AM29F101B的接口速度較慢，所以TMS470R1A256和AM29F101B之間的接口必須插入軟件等待狀態，具體要插入的軟件等待狀態數目可以由數據手冊計算得到或在調機時由試驗得到。TMS470R1A256與AM29F101B之間的接口電路如圖2所示。

圖2 MCU與Flash的接口電路