基于嵌入式Linux的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

采用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音通信是一種廉價(jià)且方便的通信方式。其目前的技術(shù)已經(jīng)為用戶間的通信提供清晰、穩(wěn)定、低延時(shí)的話音質(zhì)量,同時(shí)支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的傳輸和其他多媒體業(yè)務(wù)。特別對(duì)于許多大中型企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于在各省或不同國(guó)家設(shè)有機(jī)構(gòu)，每月都會(huì)產(chǎn)生巨額的國(guó)際、國(guó)內(nèi)長(zhǎng)話通信費(fèi)用，同時(shí)由于信息保密的要求，企業(yè)往往需要自己構(gòu)建類似VPN這樣的IP通話網(wǎng)絡(luò)以降低通信成本。這樣機(jī)構(gòu)內(nèi)部會(huì)先建立一個(gè)自己的電話網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)以VPN或其他方式通過(guò)IP網(wǎng)連接出去。整個(gè)系統(tǒng)可以有效降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，提高工作的效率。本文所述的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音處理平臺(tái)就是建立在此種方案上，主要通過(guò)VoIP網(wǎng)關(guān)+模擬話機(jī)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中VoIP網(wǎng)關(guān)的主要功能是進(jìn)行信令處理、以ITU-T提出的H.323協(xié)議或IETF提出的SIP協(xié)議通信、語(yǔ)音編解碼處理等。
1 結(jié)構(gòu)體系介紹
　　網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音處理平臺(tái)的基本工作原理是先將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，再對(duì)輸入的語(yǔ)音數(shù)據(jù)編碼進(jìn)行壓縮處理，然后在H.323或SIP協(xié)議框架的基礎(chǔ)上，把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)分組打包，經(jīng)過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包送至接收端，接收端再把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)，經(jīng)過(guò)解壓處理后，恢復(fù)成原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到由互聯(lián)網(wǎng)傳送語(yǔ)音的目的。本文將分硬件和軟件兩部分來(lái)講述網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音平臺(tái)的構(gòu)建。
1.1 硬件部分
　　整個(gè)硬件部分如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)包括語(yǔ)音處理部分和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理兩部分，其中語(yǔ)音處理部分又分為FXO和FXS接口電路。FXO接口用于連接PSTN，可模擬電話功能，提供環(huán)路關(guān)閉功能并檢測(cè)來(lái)話振鈴。FXS用于連接POT普通電話機(jī)，模擬電話局端交換的功能。
　　在VoIP網(wǎng)關(guān)中，FXS電路是在分組網(wǎng)絡(luò)上建立去話呼叫與接收來(lái)話呼叫的基本接口。在用戶端(CPE)應(yīng)用中，FXS電路存在于網(wǎng)關(guān)中，可提供撥號(hào)音、電池電流與振鈴電壓的功能，并檢測(cè)來(lái)自電話的環(huán)路關(guān)閉。由于該交換功能處于CPE級(jí)，因此不必與PSTN建立直接連接。FXS電路包括CODEC與SLIC(用戶線路接口電路)兩部分。CODEC由ADC與DAC構(gòu)成。ADC將來(lái)自模擬電話的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可通過(guò)VoIP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。DAC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電平，以驅(qū)動(dòng)模擬電話。為了實(shí)現(xiàn)4kHz的音頻帶寬，ADC的采樣速率通常約為8kHz。SLIC部分則模擬PSTN電壓電平，通過(guò)用戶線向共電式話機(jī)直流饋電，檢測(cè)電話掛機(jī)還是摘機(jī)，并生成高達(dá)120V的振鈴電壓，同時(shí)提供過(guò)壓保護(hù)(Overvoltage Protection)功能，以防止用戶線上的電壓沖擊或過(guò)壓而損壞設(shè)備。
　　SLIC芯片采用LEGERITY的LE7947C，在控制器的控制下能模仿電話局局端功能，能對(duì)饋電電流進(jìn)行控制，并提供掛機(jī)傳輸功能，如在電話線路處在On-Hook狀態(tài)(被呼叫方?jīng)]摘機(jī)時(shí))提供振鈴信號(hào)。監(jiān)視用戶線通斷狀態(tài)，以檢測(cè)話機(jī)的摘機(jī)、掛機(jī)、撥號(hào)脈沖等用戶線信號(hào)，轉(zhuǎn)送給控制設(shè)備，以表示用戶的忙閑狀態(tài)和接續(xù)要求。SLIC芯片控制的方式如表1所示。這些控制信號(hào)接到了IXP421的GPIO上，這樣由IXP421發(fā)出控制信號(hào)。控制結(jié)果通過(guò)引腳的電平值來(lái)表示。

其中開路是指當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，模塊在內(nèi)部將TIP和RING線斷開。激活是指模塊收到摘機(jī)信號(hào)后(無(wú)論作為主叫還是振鈴時(shí))，首先使模塊重新激活，然后開始通話。通話結(jié)束后又設(shè)為待機(jī)狀態(tài)。如需掛機(jī)傳輸功能，需在振鈴1秒(狀態(tài)值為1)后，將狀態(tài)值設(shè)為3(即011)，持續(xù)時(shí)間為4秒，在此期間模塊可向話機(jī)傳送呼叫方ID等信號(hào)。待機(jī)是指模塊等待主叫摘機(jī)或作為被叫振鈴等事件發(fā)生。
　　CODEC芯片采用LEGERITY的T8503。它是A-律/μ-律的PCM編碼器，含有A/D和D/A單元，實(shí)現(xiàn)聲音的數(shù)字化和重組，并能實(shí)現(xiàn)增益控制。CODEC芯片具有兩個(gè)通道，每個(gè)通道均含有一個(gè)針對(duì)語(yǔ)音編碼或解碼的濾波器。兩個(gè)通道的PCM數(shù)據(jù)通過(guò)PCM同步接口進(jìn)行接收和發(fā)送，并由一對(duì)FSXn和FSRn控制兩個(gè)通道的幀同步，確保在每個(gè)通話時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　FXO電路部分包括CODEC與數(shù)據(jù)存取裝置(DAA)。將模擬語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，隨后再轉(zhuǎn)換回來(lái)，同時(shí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。DAA模擬(POTS)電話功能，其重要作用是去除高電壓直流偏置，將PSTN環(huán)路關(guān)閉，從而僅傳送來(lái)自PSTN的模擬交流信號(hào)。并具有極性保護(hù)電路，保證電話機(jī)與外線連接時(shí)能取得極性正確的直流工作電壓。