基于嵌入式處理器的VoIP雙模語音網關設計

(1)雙模轉換模塊
雙模轉換模塊主要包括FXO接口電路，由CODEC和數據處理陣列DAA(Data Access Arrangement)組成。其中的CODEC和FXS電路中的相同；DAA仿真了一部話機，通過PSTN的環路閉合去除高壓直流分量，只讓PSTN線上的模擬交流信號通過。
(2)FXS接口電路模塊
外部交換站接口FXS（Foreign Exchange Station）：電路直接和模擬話機連接，提供撥號音、饋電、鈴流電壓，并能夠檢測話機的摘掛機和環路閉合，完成模擬信號和數字信號之間的相互轉換。
外部交換局接口FXO（Foreign Exchange Office）：在傳統的PSTN電話連接中，電話中央局端交換機提供饋電和鈴流，電話本身完成Tip／Ring電路來請求服務或應答PSTN上的呼叫。
明白了FXS和FXO的原理也就理解了本網關設計的理念，就是將網關模擬成一個交換機。其內部的FXS 電路將模擬電話局端交換的功能，為電話提供電源并進行振鈴，同時檢測環路電流。而FXO 電路則模擬電話功能，提供環路關閉功能并檢測來話振鈴。
(3)語音處理模塊
網關的語音處理模塊負責對PCM數字語音信號進行壓縮和解壓縮。壓縮算法的標準包括G.711、G.723.1和G.729等。不同的算法壓縮比不相同，占用的帶寬也不同。壓縮算法能夠用硬件DSP實現，也能夠用純軟件實現[1]。
(4)軟件控制摸塊
軟件控制模塊實現網關的協議棧處理和路由處理等功能。協議棧負責將壓縮后的數據流進行封裝，加上IP協議包頭，形成可在VoIP網絡中傳輸的IP數據包。現在VoIP的協議棧主要基于H.323和SIP兩種標準。協議棧將數據流打成IP數據包后，選擇適當路由經過以太網接口發送到VoIP網絡中。接收端網關接收到IP數據包后，將數據包解壓縮并將解壓縮后的PCM數字信號解碼，恢復原始語音信號[2]。
2 VOIP雙模語音網關硬件設計
VOIP雙模網關的硬件原理如圖2 所示。

2.1 MCU
本網關設計的核心采用IP2022處理器，它不但要完成各部件的協同工作，還要做大量的計算處理（例如DSP處理后的編碼數據打包通過網絡傳輸）還要將網絡傳來的語音數據解包后經解碼處理送到話機。
IP2022是美國UBICOM推出的一顆功能強大的網絡通信處理器，采用RISC結構，帶有片上Flash程序存儲器，具有在線和離線編程調試功能及單字節時鐘周期精簡指令集，用4階段并行流水線方式執行指令，有極高的代碼效率和指令運行速度，速度可達120 MIPS。其內部已集成了Flash/RAM、模擬比較器、定時器等多種功能部件，可以在通用I/O口上實現USB、SPI等各種接口。與SX系列不同，IP2022能實現物理層接口及多種網絡協議[3]，這主要是因為它內含2個全雙工串化器/解串器（Ser/Des）和4個線性反饋移位寄存器(LFSR)。IP2022以軟件模塊（ipModules）形式實現外設通信和控制功能，比傳統硬件具有更大的系統設計靈活性。該軟件模塊加上緩沖器管理技術所編寫的代碼，其大小只是用Linux實現的20%。IP2022還提供有TCP/IP網絡協議棧，并具有一系列完整的端到端連通方案所必需的附加軟件。核心SDK軟件包便于開發者用IP2022網絡處理器設計嵌入式Internet應用。它包含了很多通用連接應用軟件，如網絡服務器、以太網、文件管理及Flash更新。高度集成的模塊及高效設計使ipModules代碼小、功能強健、可配置、可擴展。開發者也可按照指導方案利用API庫增加自己的程序模塊。
2.2 DSP
DSP主要完成音頻、視頻的編解碼工作，因此在選擇DSP部分時，既要考慮滿足目前的基本需求（如會話功能），又要考慮今后的需要（如視頻要求、VOCIE EAMIL功能等）。所以本設計采用了VoicePump公司的VP120產品。該低功耗、高性能DSP-1xx系列混合數字信號處理器專為針對話音處理的低密度語音網關、VoIP 的IAD設備（綜合接入設備）而設計[4]。它通過主處理器靈活的接口協議，每個語音通道都可以配置多種語音編碼和話音應用，再加上已經固化在DPS 內部ROM上的各種應用軟件，可以將傳統模擬語音信息和基于包處理的系列主機作無縫連接。