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VoIP双模网关的研究与系统设计

作者:时间:2013-04-06来源:网络收藏


  双模切换模块主要包括FXO接口电路,它由CODEC和数据处理阵列DAA(Data Access Arrangement)组成。其中CODEC与FXS电路中的相同;DAA仿真了一部话机,通过提供PSTN的环路闭合来去除高压直流分量,只让PSTN线上的模拟交流信号通过。网关中使用FXO接口电路可实现以下功能:

 (1)断电时线路保持畅通:当网关断电不能连接网络时,将线路切换到PSTN线路上。
  (2)呼叫重定向:当网络由于拥塞或者其他原因而不可用时,能够将线路切换到PSTN上,而且能记住已拨号码并进行自动重拨。
 (3)远端呼叫:VoIP用户可以在其他地方通过PSTN拨入的方式进行VoIP呼叫,FXO接口先把PSTN上的电话拨号音(模拟信号)接收下来,然后转换成数字信号送出,相当于将拨号音从一个FXO扩展到多个本地FXS。

 网关的语音处理模块负责对PCM数字语音信号进行压缩与解压缩。压缩算法的标准包括G.711、G.723.1和G.729等,不同的算法压缩比不一样,占用的带宽也不同。压缩算法可以用硬件DSP实现,也可以用纯软件实现。

 软件控制模块实现网关的协议栈处理和路由处理等功能。协议栈负责将压缩后的数据流进行封装,加上IP协议包头,形成可在VoIP网络中传输的IP数据包。目前VoIP的协议栈主要基于H.323和SIP两种标准。协议栈将数据流打成IP数据包后,选择适当路由经过以太网接口发送到VoIF网络中。接收端网关接收到IP数据包后,将数据包解压缩并将解压缩后的PCM数字信号解码,恢复原始语音信号。

2 VoIP系统设计
 本节提出了一种基于H.323的的系统设计方案,该方案支持4路话音,使用一种经济实用的“假FXO接口”方式实现双模切换,能够在VoIP通话时检测到PSTN线上进来的呼叫并可通过按话机的拍簧或者Flash闪断键切换接听。

 为了有效利用资源,系统使用三相转接头将电话线路与PSTN线路组合到一个RJ11接口上,每路话路使用一个三相转接头。三相转接头的连接方式如图3所示。

VoIP双模网关的研究与系统设计

 三相转接头的使用可简化双模切换的实现,也减少了设备的物理端口数量。
 系统设计采用“硬件+嵌入式操作系统+应用层软件”的总体架构。

2.1 硬件设计方案
 系统的硬件部分主要包括双模切换模块、FXS接口电路、语音处理模块电路、CPU模块和以太网模块,硬件设计原理图如图4所示。VoIP双模网关的研究与系统设计

  双模切换模块使用了一种“假FXO接口”的方式。电路中用继电器控制各话路本身的VoIP和PSTN通路之间的双模切换。继电器在网关没有上电时默认将网关置于把话机线与PSTN线对接的状态,上电工作后由1片FPGA可编程逻辑芯片来控制继电器的切换。FPGA芯片是网关实现智能切换的关键部件,其中实现的控制逻辑包括PSTN线路上的铃流检测、话机拍簧动作检测等逻辑,并据此控制继电器进行切换。FPGA与CPU的接口可实现在VoIP网络路由不可达时切换到PSTN网络的逻辑。双模切换模块实现了FXO接口的部分功能,但不是真正的FXO接口,所以称之为“假FXO接口”。

 FXS接口电路模块主要由SUC芯片和Codee芯片组成,分别选用Legerity公司的Le79R70芯片和Le58Q021芯片。Le58Q021是4通道的Codec芯片,可以控制SLIC芯片(Le79R70)的工作状态,选择编码方案(线性、a律、μ律),还支持软件可编程SLIC的输入阻抗、平衡阻抗和频率响应特性等。系统使用1片Le58Q021和4片Le79R70协同工作支持4路话音,向话机提供馈电,产生振铃信号、检测话机摘挂机等,并负责完成电话模拟信号与PCM数字信号的相互转换。

  语音处理DSP芯片选用AudioCodes公司的AC483,它能同时支持4通道语音编解码器,支持G.729A、G.723.1、G.727、G.726、G.711等压缩算法标准,可完成实时的语音压缩、DTMF信号的检测、产生和回音消除等工作。



关键词: VoIP 双模网关 H.323

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