基于DSP的H.324終端設(shè)計(jì)

目前在H.324系統(tǒng)的研制和開發(fā)中，普遍采用了兩種方式：一種是開發(fā)純軟件的H.324系統(tǒng)，即基于PC的系統(tǒng)；另外一種方案是采用可編程的視頻信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)H.324系統(tǒng)的功能。后一種方法具有很大的靈活性，并可在同一硬件平臺(tái)上開發(fā)出不同的應(yīng)用程序。本文所提出的方案正是一種基于可編程的數(shù)字信號(hào)處理芯片的實(shí)現(xiàn)方法。這種方案可開發(fā)出獨(dú)立機(jī)型的可視電話終端，并且可以將該系統(tǒng)應(yīng)用于通信、監(jiān)控等領(lǐng)域。

1 H.324終端的功能元素

H.324建議規(guī)定了系統(tǒng)的一些功能要素。H.324終端配置及其外圍要素如圖１所示，包括終端I/O設(shè)備、Modem、GSTN網(wǎng)、MCU和其他系統(tǒng)操作實(shí)體，H.324的實(shí)現(xiàn)中并不要求每一功能元素都必備。

H.324可視電話終端機(jī)框架建議包含以下五個(gè)方面的內(nèi)容：

·H.263/H.361 視頻編解碼
·H.223 信道復(fù)用/解復(fù)用
·H.245 系統(tǒng)控制
·G.723.1 音頻編解碼
·V.34 調(diào)制解調(diào)器Modem

H.324終端中多媒體信息流分為視頻、音頻、數(shù)據(jù)和控制流幾個(gè)部分：

1　視頻流是傳輸彩色活動(dòng)圖像的連續(xù)的碼流。在傳輸過程中，視頻流的比特率要根據(jù)音頻和數(shù)據(jù)信道的需求而變化。
2　音頻流是實(shí)時(shí)的，但在接收端處理時(shí)可能進(jìn)行適當(dāng)?shù)难舆t以維持和視頻流的同步。為降低音頻流的平均比特率，可采用語音激活方式工作。
3　數(shù)據(jù)流可以表示靜止圖像、傳真、文獻(xiàn)、計(jì)算機(jī)文件、未定義的用戶文件和其他數(shù)據(jù)流。
4　控制流在對(duì)等端之間傳送控制命令和指示。終端到Modem的控制服從V.25ter建議(使用外部Modem通過一個(gè)單獨(dú)的物理接口相連)。終端到終端的控制服從H.245建議。

2 H.324終端實(shí)現(xiàn)方案

H.324只是一個(gè)框架協(xié)議，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)有很多種方式?？梢愿鶕?jù)H.324標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)專用電路。這種方式雖然具有處理速度快，應(yīng)用方便等特點(diǎn)，但是這種方式具有很大的局限性。因?yàn)橐环N專用電路只能針對(duì)特定的功能設(shè)計(jì)，具有開發(fā)成本高，不易改進(jìn)功能等缺點(diǎn)。目前已有的或是正在開發(fā)的產(chǎn)品中，普遍采用了純軟件即基于計(jì)算機(jī)的方式，或是采用可編程數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)，或是將兩種方式結(jié)合起來開發(fā)實(shí)現(xiàn)H.324系統(tǒng)。本文作者開發(fā)的系統(tǒng)主要是利用W90K系列芯片實(shí)現(xiàn)的，即采用可編程的數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)。圖2是基于W90210終端的原理框圖。

該開發(fā)板分為視頻編解碼模塊、音頻編解碼模塊、碼流復(fù)用及系統(tǒng)控制模塊、視頻顯示模塊、調(diào)制解調(diào)器模塊。這些模塊加上視頻顯示和聲音輸入回放等外圍設(shè)備，共同完成H.324可視電話功能。

·視頻編解碼芯片W9960 該芯片主要完成視頻編解碼功能。該芯片特別適于完成H.263/H.261功能，能完成CIF、QCIF、SQCIF等格式的編碼。固化在該芯片中的是標(biāo)準(zhǔn)的H.263視頻編解碼程序，可以工作在非限制運(yùn)動(dòng)矢量和PB幀模式。開發(fā)板上的復(fù)用控制芯片控制該編解碼器的啟動(dòng)、停止以及編解碼模式轉(zhuǎn)換。W9960有數(shù)字視頻接口，可以支持?jǐn)?shù)字?jǐn)z像機(jī)輸入。另外該芯片還有PCI接口用于和開發(fā)板主CPU與顯示模塊交換數(shù)據(jù)。

·音頻編解碼芯片CT8020 該芯片完成音頻編解碼功能。芯片中有G.723.1微代碼，它可以將音頻原始數(shù)據(jù)(16bit8ｋHz)編碼成為G. 723.1數(shù)據(jù)幀并可以將G. 723.1數(shù)據(jù)幀解碼成為音頻原始數(shù)據(jù)。以CT8020為核心的音頻編解碼模塊及其外圍設(shè)備可以接收語音輸入編碼并接收G. 723.1碼流解碼后回放。該模塊輸出碼流可以工作在6.3Kbit、5.3Kbit。該模塊的初始化和工作啟動(dòng)停止以及工作模式的改變可以通過調(diào)用其API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

· 視頻顯示模塊 該模塊主要由W9971及其外圍設(shè)備組成。該模塊接收輸入的數(shù)字化圖像信號(hào)以顯示本地圖像，或是接收W9960解碼后的數(shù)據(jù)以顯示遠(yuǎn)端圖像。W9971芯片還可以管理顯示模式，如圖像的大小、位置、色調(diào)、對(duì)比度等。

·視頻輸入模塊 該模塊主要由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或是由模擬攝像機(jī)和SAA7111芯片組成。SAA7111的功能是將模擬攝像機(jī)的輸入圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)，該信號(hào)輸入到視頻顯示模塊用于顯示本地圖像，同時(shí)該信號(hào)也輸入到視頻編解碼模塊，該信號(hào)被編碼后經(jīng)復(fù)用傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。
·調(diào)制解調(diào)器模塊 該模塊主要是完成語音輸入以及調(diào)制功能。

·復(fù)用控制模塊 該模塊是整個(gè)終端的核心，主要由芯片W90210及其存儲(chǔ)器組成。該模塊的主要功能是完成板上各個(gè)功能模塊的初始化，接收音頻編解碼模塊輸出的碼流以及視頻編解碼模塊輸出的碼流，并將這些碼流及系統(tǒng)控制信息根據(jù)H.223標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用后經(jīng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后在GSTN網(wǎng)絡(luò)上傳輸。該模塊更為重要的功能是控制整個(gè)板上各個(gè)功能模塊的運(yùn)行，H.324系統(tǒng)中規(guī)范的H.229及H.245協(xié)議的功能也在本模塊中實(shí)現(xiàn)。

3 終端軟件的開發(fā)

本終端是在可嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Supertask下開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。其中硬件和操作系統(tǒng)以及開發(fā)的應(yīng)用程序的關(guān)系如圖3所示。

圖3所示的是本文中的H.324終端的軟件和硬件關(guān)系框圖。開發(fā)硬件平臺(tái)的系列硬件處于系統(tǒng)的底層，由SuperTask實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)其管理。在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了硬件的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，如音頻和視頻編解碼器的驅(qū)動(dòng)函數(shù)以及輸入/輸出模塊的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，這些函數(shù)可供開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)調(diào)用。上述終端中的軟件正是在這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用操作系統(tǒng)的服務(wù)來開發(fā)完成的。

H.324終端應(yīng)用系統(tǒng)軟件

在SuperTask實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中將H.324終端系統(tǒng)從功能上劃分為幾個(gè)獨(dú)立的任務(wù)從整體上將各個(gè)任務(wù)連接成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。圖4是各個(gè)任務(wù)之間的關(guān)系。