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基于ARM的嵌入式VoIP终端设计及硬件实现

作　者: 张鹏
导　师: 马伟敏；赵晶
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 网络电话嵌入式系统 ARM DSP uCLinux 线路回声消除
分类号: TN916
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

固定电话是我们生活中最常使用的通讯工具之一。传统的PSTN电话能够提供高质量的通信服务,并且网络已经覆盖全球。但是PSTN的业务扩展性比较差,技术创新不多。与此相对应的是,互联网技术近年来得到迅猛发展,如何将电话技术和互联网结合起来成为一个热门课题。随着计算机技术、光纤通信技术和网络技术等的发展,分组技术逐渐成为传统电信网络发展的主要方向,电信网络和互联网的融合趋势越来越明显。因此,网络电话技术应运而生。VoIP(Voice over Internet Protocol网络电话)是利用IP技术实现语音通信的一种通信手段。VoIP采用分组交换网络进行通信,通信链路可以多方共享,促进了网络资源利用效率,降低了语音业务成本,因此在全球范围内得到了迅速的发展。基于H.323协议和SIP协议的网络电话以及Skype等网络电话软件是目前使用较为广泛的VoIP技术,但是它们或多或少的存在着一些不足之处,如语音质量不好、使用不方便、不能脱离电脑使用、不能保证紧急呼叫以及仍然有较高的运营费用等。针对现有VoIP应用的不足之处,本论文提出了一种新的VoIP应用技术,设计了基于ARM的嵌入式VoIP终端系统,通过该系统利用传统PSTN电话线路交换IP地址,建立网络连接,实现VoIP应用。利用本系统拨打电话,如果被叫有相同的系统,则实现点对点的网络电话;如果被叫没有本系统,则实现普通的PSTN电话功能。本课题的创新之处在于:1.提出了一种通过PSTN交换IP地址实现VoIP的新技术,并利用该技术设计了基于ARM的VoIP系统;2.该系统真正脱离电脑运行,这是一台电话适配器,只需将其和电话机、PSTN线路以及网线相连,接通电源即可使用;3.不改变用户使用电话的习惯,拿起电话机直接拨打被叫用户的PSTN电话号码即可,不需要额外的ID或号码;4.真正的点对点,不需要服务器支持。对公司来说,减少了运营费用,降低了成本。对用户来说,不必担心服务器出现故障,不能拨打电话的情况;5.稳定清晰的语音。采用iLBC语音编解码算法,并在TMS320VC5402上实现了线路回声消除器(LEC: Line Echo Canceller)的算法,达到了和PSTN线路相媲美的语音效果。该系统已经于2008年初批量生产并投放市场,用户反映良好,市场前景广阔。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-19
  1.1 VoIP 介绍  12-18
    1.1.1 H.323 协议  12-14
    1.1.2 SIP 协议  14-15
    1.1.3 Skype  15
    1.1.4 VoIP 使用的技术  15-16
    1.1.5 VoIP 现状  16-17
    1.1.6 VoIP 用户的需求  17-18
  1.2 本课题的研究意义  18
  1.3 本人的工作  18
  1.4 本章小结  18-19
第二章嵌入式系统设计  19-28
  2.1 嵌入式系统介绍  19-20
    2.1.1 嵌入式系统的组成  19-20
    2.1.2 嵌入式系统的发展历程及趋势  20
  2.2 嵌入式处理器  20-22
    2.2.1 嵌入式处理器概述  20-21
    2.2.2 嵌入式处理器的特点  21
    2.2.3 ARM 处理器  21-22
  2.3 嵌入式操作系统  22-27
    2.3.1 嵌入式操作系统的发展  22-23
    2.3.2 嵌入式操作系统的选型  23-24
    2.3.3 常见嵌入式操作系统比较  24-26
    2.3.4 Linux 和uCLinux  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章系统方案设计及硬件实现  28-49
  3.1 系统功能分析和方案设计  28-30
    3.1.1 系统功能分析  28-29
    3.1.2 解决方案比较  29
    3.1.3 系统方案设计  29-30
  3.2 系统原理设计  30-44
    3.2.1 ARM 子系统  30-34
    3.2.2 DSP 子系统  34-38
    3.2.3 FXS 电话机接口  38-39
    3.2.4 FXO 接口  39-41
    3.2.5 以太网接口  41-43
    3.2.6 电源模块  43-44
  3.3 高速PCB 设计  44-48
    3.3.1 高速PCB 设计的概念  44-45
    3.3.2 高速PCB 设计的方法  45-46
    3.3.3 电磁兼容设计  46-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章软件实现  49-62
  4.1 搭建开发环境  49-50
    4.1.1 建立交叉编译环境  49-50
    4.1.2 Bootloader  50
  4.2 设备驱动程序  50-52
    4.2.1 uCLinux 设备分类  50-51
    4.2.2 uCLinux 设备驱动开发  51-52
  4.3 应用程序流程  52-54
  4.4 DSP 算法  54
  4.5 线路回声消除的实现  54-60
    4.5.1 回声的分类  54-55
    4.5.2 回声消除算法NLMS  55-56
    4.5.3 近端语音检测的Geigel 算法  56-57
    4.5.4 双向通话检测  57-58
    4.5.5 残余回声抑制和舒适噪声生成  58-60
    4.5.6 LEC 算法总结  60
  4.6 本章小结  60-62
第五章测试结果分析  62-69
  5.1 PCM-4 测试  62-65
  5.2 EMI 测试  65-67
  5.3 与 Skype 对比测试  67-68
    5.3.1 带宽压力测试  67
    5.3.2 丢包忍受测试  67-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  74

基于ARM的嵌入式VoIP终端设计及硬件实现

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