作者：David Katz, Tomasz Lukasiak, Rick Gentile, and Wayne Meyer

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語(yǔ)音（VoIP）的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，它將電話和數(shù)據(jù)通信結(jié)合在一起，提供通過(guò)低成本互聯(lián)網(wǎng)鏈路流式傳輸?shù)姆纸M語(yǔ)音和傳真數(shù)據(jù)。從電路交換到分組交換網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡，現(xiàn)在正以驚人的速度繼續(xù)，正在鼓勵(lì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出簡(jiǎn)單語(yǔ)音傳輸?shù)膽?yīng)用，擁抱其他形式的數(shù)據(jù)，并允許它們都通過(guò)相同的基礎(chǔ)設(shè)施傳輸。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨的VoIP挑戰(zhàn)是選擇一種經(jīng)濟(jì)高效、易于部署且性能可擴(kuò)展的處理解決方案。“最佳點(diǎn)”嵌入式解決方案方法是使用一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)低通道數(shù)的基本VoIP解決方案，同時(shí)保留足夠的增值功能和服務(wù)容量，如視頻，音樂(lè)，成像和系統(tǒng)控制。下面的討論表明，ADI公司的Blackfin處理器系列提供了如此有吸引力的解決方案。

什么是網(wǎng)絡(luò)電話？

當(dāng)今的語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)（如公用電話交換網(wǎng) （PSTN））利用數(shù)字交換技術(shù)在呼叫者和接收者之間建立專用鏈路。雖然此連接僅提供有限的帶寬，但它確實(shí)提供了可接受的質(zhì)量級(jí)別，而沒(méi)有復(fù)雜編碼算法的負(fù)擔(dān)。

VoIP替代方案使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)字化語(yǔ)音流量。IP 數(shù)據(jù)包由包含控制標(biāo)頭和數(shù)據(jù)有效負(fù)載的數(shù)字序列組成。標(biāo)頭提供數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航信息，有效負(fù)載包含壓縮的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。

雖然電路交換電話處理整個(gè)消息，但基于VoIP的數(shù)據(jù)傳輸是基于分組的，因此數(shù)據(jù)塊被分組（分成傳輸單元），壓縮并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，并最終在指定的接收端重新組裝。關(guān)鍵是發(fā)射器和接收器之間不需要專用鏈路。

數(shù)據(jù)包化非常適合通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)（例如，JPEG 文件或電子郵件），因?yàn)閭鬟f屬于非時(shí)間關(guān)鍵型“盡力而為”類別。網(wǎng)絡(luò)通過(guò)同一介質(zhì)有效地從多個(gè)來(lái)源移動(dòng)數(shù)據(jù)。然而，對(duì)于語(yǔ)音應(yīng)用，“盡力而為”是不夠的，因?yàn)閿?shù)據(jù)包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的可變長(zhǎng)度延遲會(huì)降低接收端解碼音頻信號(hào)的質(zhì)量。出于這個(gè)原因，VoIP協(xié)議通過(guò)QoS（服務(wù)質(zhì)量）技術(shù)，專注于管理網(wǎng)絡(luò)帶寬，以防止延遲降低語(yǔ)音質(zhì)量。

打包語(yǔ)音數(shù)據(jù)涉及將標(biāo)頭和尾部信息添加到數(shù)據(jù)塊。必須減少數(shù)據(jù)包開銷（此過(guò)程引入的額外時(shí)間和數(shù)據(jù)），以最大程度地減少增加的延遲（通過(guò)系統(tǒng)的時(shí)間延遲）。因此，該過(guò)程必須在最小化傳輸延遲和最有效地使用網(wǎng)絡(luò)帶寬之間取得平衡 - 較小的大小允許更頻繁地發(fā)送數(shù)據(jù)包，而較大的數(shù)據(jù)包需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)組成。另一方面，較大的數(shù)據(jù)包將標(biāo)頭和尾部信息分?jǐn)偟捷^大的語(yǔ)音數(shù)據(jù)塊中，因此它們比較小的數(shù)據(jù)包更有效地使用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

就其性質(zhì)而言，網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸速率變化很大。這種變化稱為抖動(dòng)，通過(guò)緩沖數(shù)據(jù)包足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)消除，以確保最慢的數(shù)據(jù)包及時(shí)到達(dá)，以便以正確的順序進(jìn)行解碼。當(dāng)然，較大的抖動(dòng)緩沖區(qū)會(huì)導(dǎo)致更多的整體系統(tǒng)延遲。

如上所述，延遲表示通過(guò) IP 系統(tǒng)的時(shí)間延遲。單向延遲是從說(shuō)出單詞到呼叫另一端的人聽到它的時(shí)間。往返延遲只是兩個(gè)單向延遲的總和。延遲值越低，對(duì)話聽起來(lái)越自然。對(duì)于北美的 PSTN 電話系統(tǒng)，往返延遲小于 150 毫秒。

對(duì)于 VoIP 系統(tǒng)，長(zhǎng)達(dá) 200 毫秒的單向延遲被認(rèn)為是可以接受的。VoIP系統(tǒng)中延遲的最大因素是呼叫兩端的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)。語(yǔ)音編解碼器（編碼器-解碼器）會(huì)增加一些延遲，但相比之下，延遲通常很小（<20 毫秒）。

當(dāng)語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的延遲很大時(shí)，主要挑戰(zhàn)是消除回聲并消除重疊。回聲消除直接影響感知質(zhì)量;當(dāng)往返延遲超過(guò) 50 毫秒時(shí)，這一點(diǎn)變得很重要。當(dāng)單向延遲超過(guò) 200 毫秒時(shí)，語(yǔ)音重疊成為一個(gè)問(wèn)題。

由于語(yǔ)音對(duì)話期間經(jīng)過(guò)的大部分時(shí)間都是“死區(qū)時(shí)間”（在此期間沒(méi)有說(shuō)話人說(shuō)話），因此編解碼器通過(guò)在這些間隔內(nèi)不傳輸任何數(shù)據(jù)來(lái)利用這種靜音。這種“靜音壓縮”技術(shù)檢測(cè)語(yǔ)音活動(dòng)，并在沒(méi)有語(yǔ)音活動(dòng)時(shí)停止傳輸數(shù)據(jù)，而是產(chǎn)生“舒適”噪聲，以確保在沒(méi)有人說(shuō)話時(shí)線路不會(huì)顯得死機(jī)。

在標(biāo)準(zhǔn) PSTN 電話系統(tǒng)中，由于各種原因，可能會(huì)發(fā)生降低感知質(zhì)量的回聲。最常見(jiàn)的兩個(gè)原因是電路交換網(wǎng)絡(luò)中的阻抗不匹配（“線路回聲”）和電話中麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器之間的聲學(xué)耦合（“聲學(xué)回聲”）。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在兩線到四線轉(zhuǎn)換時(shí)（例如，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為T1系統(tǒng)），線路回波很常見(jiàn)。

由于VoIP系統(tǒng)可以鏈接到PSTN，因此它們必須能夠處理線路回聲，而IP電話也可能成為聲學(xué)回聲的受害者。回聲消除器可以優(yōu)化為在線回聲、聲學(xué)回聲或兩者兼而有之。取消的有效性直接取決于所用算法的質(zhì)量。

回聲消除器的一個(gè)重要參數(shù)是它運(yùn)行的數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度。簡(jiǎn)而言之，回聲消除器保留已傳輸信號(hào)的副本。在信號(hào)發(fā)送后的給定時(shí)間內(nèi)，它試圖從返回的反射信號(hào)中關(guān)聯(lián)和減去傳輸?shù)男盘?hào) - 當(dāng)然，該信號(hào)的幅度會(huì)延遲和減小。為了實(shí)現(xiàn)有效的取消，通常使用標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)窗口大小（例如，32 ms、64 ms 或 128 ms）就足夠了，但可能需要更大的大小。

新興和當(dāng)前基于 VoIP 的應(yīng)用

由于高速網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)整體（而不是專用通道）用作傳輸機(jī)制，因此VoIP系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)通信會(huì)話的成本較低。此外，VoIP呼叫使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商能夠避免與電路交換電話網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的大多數(shù)互連費(fèi)用;完成VoIP電話呼叫所需的額外基礎(chǔ)設(shè)施很少，因?yàn)樗褂眉彝セ蚱髽I(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）已經(jīng)存在的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。降低成本的另一個(gè)原因是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商通常沒(méi)有使用所有可用帶寬，因此額外的VoIP服務(wù)目前會(huì)產(chǎn)生無(wú)關(guān)緊要的額外成本開銷負(fù)擔(dān)。

VoIP用戶傾向于認(rèn)為他們的連接是“免費(fèi)的”，因?yàn)樗麄兛梢栽谑澜缛魏蔚胤綋艽螂娫挘灰麄冊(cè)敢猓糠昼娭恍鑾酌婪帧ｋm然他們也每月向互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商支付費(fèi)用，但可以通過(guò)數(shù)據(jù)和語(yǔ)音服務(wù)攤銷。

除了相對(duì)于電路交換域的低成本之外，IP服務(wù)的許多新功能也變得可用。例如，PSTN 上的傳入電話呼叫可以自動(dòng)重新路由到用戶的 VoIP 電話，只要它連接到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)即可。與支持全球的手機(jī)相比，這種安排具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椴簧婕奥钨M(fèi)用——從VoIP的角度來(lái)看，最終用戶的位置無(wú)關(guān)緊要;它只是被視為另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)。這在無(wú)線局域網(wǎng) （LAN） 可用的情況下特別有用;支持 IEEE-Standard-802.11 的 VoIP 聽筒允許在全球 Wi-Fi 熱點(diǎn)進(jìn)行對(duì)話，而無(wú)需擔(dān)心不匹配的通信基礎(chǔ)設(shè)施和傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

到目前為止，與IP語(yǔ)音相關(guān)的所有討論也擴(kuò)展到其他形式的基于數(shù)據(jù)的通信。畢竟，一旦數(shù)據(jù)被數(shù)字化和打包，內(nèi)容的性質(zhì)就無(wú)關(guān)緊要了，只要它以足夠的帶寬進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a和解碼。正因?yàn)槿绱耍琕oIP基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)了一組全新的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，例如：

視頻會(huì)議

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

模擬電話適配器

組 播

即時(shí)通訊

賭博

電子白板

仔細(xì)觀察VoIP系統(tǒng)

圖 1 顯示了 VoIP 系統(tǒng)的關(guān)鍵組件：信令過(guò)程、編碼器/解碼器、傳輸機(jī)制和交換網(wǎng)關(guān)。

圖1.（a） 簡(jiǎn)化可能的IP電話網(wǎng)絡(luò)連接的表示。（b） 端點(diǎn)之間的信令和傳輸流。

信令過(guò)程涉及創(chuàng)建、維護(hù)和終止節(jié)點(diǎn)之間的連接。

為了降低網(wǎng)絡(luò)帶寬要求，音頻和視頻在傳輸前進(jìn)行編碼，在接收時(shí)進(jìn)行解碼。此壓縮和轉(zhuǎn)換過(guò)程受音頻和視頻流的各種編解碼器標(biāo)準(zhǔn)的控制。

壓縮的數(shù)據(jù)包在由一個(gè)或多個(gè)傳輸協(xié)議控制的網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)。交換網(wǎng)關(guān)確保數(shù)據(jù)包集在目標(biāo)上可與另一個(gè)基于 IP 的系統(tǒng)或 PSTN 系統(tǒng)互操作。在最終目的地，數(shù)據(jù)包集被解碼并轉(zhuǎn)換回音頻/視頻信號(hào)，此時(shí)它通過(guò)接收器的揚(yáng)聲器和/或顯示單元播放。

OSI（開放系統(tǒng)互連）七層模型（圖 2）指定了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)框架。如果通信會(huì)話有兩方，則每一方生成的數(shù)據(jù)從頂部開始，通過(guò)各層進(jìn)行任何所需的配置和處理，最后傳遞到物理層以進(jìn)行跨介質(zhì)傳輸。在目的地，處理以相反的方向進(jìn)行，直到數(shù)據(jù)包最終重新組裝并將數(shù)據(jù)提供給第二個(gè)用戶。

會(huì)話控制：H.323 與 SIP

VoIP 系統(tǒng)中的第一個(gè)要求是會(huì)話控制協(xié)議，用于建立狀態(tài)和定位用戶，以及設(shè)置、修改和終止會(huì)話。目前有兩種廣泛使用的協(xié)議。從歷史上看，這些協(xié)議中的第一個(gè)是H.323*，但SIP（會(huì)話初始協(xié)議）正迅速成為主要標(biāo)準(zhǔn)。讓我們來(lái)看看每個(gè)角色所扮演的角色。

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）H.323

H.323是國(guó)際電聯(lián)最初為實(shí)時(shí)多媒體（語(yǔ)音和視頻）會(huì)議和補(bǔ)充數(shù)據(jù)傳輸而開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。它已迅速發(fā)展以滿足VoIP網(wǎng)絡(luò)的要求。從技術(shù)上講，它是許多必需和可選的網(wǎng)絡(luò)和媒體編解碼器標(biāo)準(zhǔn)的容器。H.323 的連接信令部分由 H.225 協(xié)議處理，而特征協(xié)商由 H.245 支持。

SIP（會(huì)話初始協(xié)議）

SIP 由 IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）根據(jù) RFC 3261 定義。它是專門為 IP 電話和其他互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)開發(fā)的，盡管它在許多方面與 H.323 重疊，但它通常被認(rèn)為是一種更簡(jiǎn)化的解決方案。

SIP與SDP（會(huì)話描述協(xié)議）一起使用，用于用戶發(fā)現(xiàn);它提供功能協(xié)商和呼叫管理。SDP 本質(zhì)上是一種描述會(huì)話公告和邀請(qǐng)期間流媒體初始化參數(shù)的格式。SIP/SDP 對(duì)有點(diǎn)類似于 H.225 標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置的 H.245/H.323 協(xié)議。

SIP 可用于只有兩個(gè)端點(diǎn)且沒(méi)有服務(wù)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。但是，在公共網(wǎng)絡(luò)中，使用特殊的代理和注冊(cè)器服務(wù)器來(lái)建立連接。在這樣的設(shè)置中，每個(gè)客戶端都向服務(wù)器注冊(cè)自己，以便調(diào)用方可以從 Internet 上的任何地方找到它。

傳輸層協(xié)議

上述信令協(xié)議負(fù)責(zé)配置網(wǎng)絡(luò)中的多媒體會(huì)話。建立連接后，將利用一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（如 UDP 或 TCP）建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的媒體流。

UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）

UDP 是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，僅涵蓋廣播出的數(shù)據(jù)包。沒(méi)有確認(rèn)另一端已收到數(shù)據(jù)包。由于無(wú)法保證交付，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上存在峰值負(fù)載時(shí)，語(yǔ)音傳輸將無(wú)法很好地單獨(dú)使用 UDP。這就是為什么媒體傳輸協(xié)議（如 RTP）通常運(yùn)行在 UDP 之上的原因。

TCP（傳輸控制協(xié)議）

TCP 使用客戶端/服務(wù)器通信模型。客戶端請(qǐng)求（并由網(wǎng)絡(luò)中的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)（服務(wù)器）提供服務(wù)。每個(gè)客戶端請(qǐng)求都是單獨(dú)處理的，與之前的任何請(qǐng)求無(wú)關(guān)。這可確保“空閑”網(wǎng)絡(luò)路徑可供其他通道使用。

TCP創(chuàng)建較小的數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包可以通過(guò)Internet傳輸并由呼叫另一端的TCP層接收，以便數(shù)據(jù)包被“重新組裝”回原始消息。IP 層解釋每個(gè)數(shù)據(jù)包的地址字段，使其到達(dá)正確的目的地。

與UDP不同，TCP確實(shí)保證在接收端完全接收數(shù)據(jù)包。但是，它通過(guò)允許數(shù)據(jù)包重新傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這會(huì)增加對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)沒(méi)有幫助的延遲。對(duì)于語(yǔ)音，由于重新傳輸而導(dǎo)致的延遲數(shù)據(jù)包與丟失的數(shù)據(jù)包一樣糟糕。由于這一特性，TCP通常不被認(rèn)為是實(shí)時(shí)流媒體傳輸?shù)暮线m傳輸。

圖 2 顯示了 TCP/IP 因特網(wǎng)模型及其相關(guān)協(xié)議如何與 OSI 模型的各個(gè)層進(jìn)行比較和利用。

圖2.開放系統(tǒng)互連和 TCP/IP 模型。

媒體傳輸

如上所述，直接通過(guò)傳輸協(xié)議發(fā)送媒體數(shù)據(jù)對(duì)于實(shí)時(shí)通信不是很有效。因此，媒體傳輸層通常負(fù)責(zé)以有效的方式處理此數(shù)據(jù)。

RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）

RTP提供實(shí)時(shí)分組音視頻數(shù)據(jù)的投遞服務(wù)。這是通過(guò) IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方式。該協(xié)議駐留在 UDP 之上，以最大限度地減少數(shù)據(jù)包標(biāo)頭開銷，但需要付出代價(jià);不保證可靠性或數(shù)據(jù)包排序。與 TCP 相比，RTP 的可靠性較低，但它在數(shù)據(jù)包傳輸方面的延遲更少，因?yàn)樗臄?shù)據(jù)包標(biāo)頭開銷比 TCP 小得多（圖 3）。

圖3.RTP 幀的標(biāo)頭結(jié)構(gòu)和有效負(fù)載。

為了保持給定的 QoS 級(jí)別，RTP 對(duì)發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包使用時(shí)間戳、序列號(hào)和傳遞確認(rèn)。它還支持許多糾錯(cuò)方案以提高健壯性，以及一些用于加密數(shù)據(jù)包的基本安全選項(xiàng)。

圖 4 比較了 UDP、RTP 和 TCP 的性能和可靠性。

圖4.性能與可靠性。

RTCP （RTP 控制協(xié)議）

RTCP 是一種補(bǔ)充協(xié)議，用于傳達(dá)控制信息，例如發(fā)送和丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)、抖動(dòng)、延遲和端點(diǎn)描述。它對(duì)于管理會(huì)話時(shí)基和分析 RTP 流的 QoS 最有用。它還可以為 RTP 數(shù)據(jù)包的有限重傳提供反向通道。

媒體編解碼器

VoIP堆棧的頂部是處理正在傳輸?shù)膶?shí)際媒體的協(xié)議。可能有相當(dāng)多的音頻和視頻編解碼器可以饋送到媒體傳輸層。最常見(jiàn)的示例可以在本文最后一頁(yè)的側(cè)邊欄中找到。

許多因素有助于確定編解碼器的理想程度，包括它如何有效地利用可用系統(tǒng)帶寬、如何處理數(shù)據(jù)包丟失以及與之相關(guān)的成本，包括知識(shí)產(chǎn)權(quán)版稅。

黑鰭金槍魚VoIP抵押品

與利用兩個(gè)處理器內(nèi)核提供VoIP功能的傳統(tǒng)VoIP嵌入式解決方案不同，Blackfin處理器在統(tǒng)一內(nèi)核架構(gòu)中提供融合解決方案，允許語(yǔ)音和視頻信號(hào)處理與RISC MCU處理同時(shí)進(jìn)行，以處理網(wǎng)絡(luò)和用戶界面需求。這種在單個(gè)融合處理器上提供完整 VoIP 功能的獨(dú)特能力提供了統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境、更快的系統(tǒng)調(diào)試和部署以及更低的整體系統(tǒng)成本。

例如，ADSP-BF537 Blackfin處理器系列為VoIP部署提供了必要的集成度和性能，并且功耗更低。它具有多個(gè)集成串行端口（用于無(wú)縫連接到音頻模數(shù) （A/D） 和數(shù)模 （D/A） 轉(zhuǎn)換器）、外部?jī)?nèi)存控制器、用于 LCD 或視頻編碼器/解碼器連接的并行外設(shè)接口 （PPI） 以及 10/100BaseT 以太網(wǎng) MAC。如有必要，可以通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口容納第二個(gè)以太網(wǎng) MAC。

完整的通信通道（包括語(yǔ)音和網(wǎng)絡(luò)堆棧）使用的處理帶寬不到 75 MIPS。ADSP-BF537性能高達(dá)600 MHz，在多媒體壓縮或解壓縮等功能變得必要的情況下，VoIP產(chǎn)品組合中有足夠的可用處理器“馬力”。相比之下，競(jìng)爭(zhēng)的專用VoIP選擇通常性能有限，并且很少或根本沒(méi)有添加功能或差異化的能力。

對(duì)于VoIP應(yīng)用，基于Blackfin的設(shè)計(jì)以高質(zhì)量、低通道數(shù)的VoIP解決方案為目標(biāo)，其處理余量以適應(yīng)音樂(lè)、視頻和圖像傳輸?shù)雀郊庸δ埽约罢w系統(tǒng)控制。以下是可用的VoIP產(chǎn)品示例，從開源解決方案到大批量OEM參考設(shè)計(jì)：

黑鰭金槍魚/林音

Blackfin VoIP系統(tǒng)可以使用基于μClinux的開源軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，μClinux是流行的GNU/Linux操作系統(tǒng)的嵌入式版本。一個(gè)這樣的通用公共許可證（GPL許可）IP電話包，稱為L(zhǎng)inphone，基于SIP套件，已被移植到Blackfin處理器的μClinux，允許Blackfin參考設(shè)計(jì)與任何SIP兼容端點(diǎn)進(jìn)行通信。在具有適當(dāng) SIP 服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的公共網(wǎng)絡(luò)中，此系統(tǒng)甚至可用于連接到 PSTN 節(jié)點(diǎn)上的電話。對(duì)于語(yǔ)音編碼和解碼，Linphone目前的Blackfin實(shí)現(xiàn)支持：G.711（A-law和m-law），GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）和Speex音頻壓縮格式。

Blackfin Linphone參考設(shè)計(jì)中使用的主要組件包括：

Linux TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)堆棧：包括必要的傳輸和控制協(xié)議，如 TCP 和 UDP。

Linphone：主要的VoIP應(yīng)用程序，包括基于Blackfin的G.711和GSM編解碼器實(shí)現(xiàn)。它包括用于臺(tái)式 PC 的圖形用戶界面 （GUI） 和用于非圖形嵌入式系統(tǒng)的簡(jiǎn)單命令行應(yīng)用程序。

oRTP：為L(zhǎng)inphone開發(fā)并在LGPL許可證下發(fā)布的RTP堆棧的實(shí)現(xiàn)。

oSIP：根據(jù) LGPL 許可證發(fā)布的 SIP 協(xié)議的線程安全實(shí)現(xiàn)。

Speex：Speex編解碼器的開源參考實(shí)現(xiàn)。對(duì)定點(diǎn) Speex 實(shí)現(xiàn)的特定于 Blackfin 的優(yōu)化已反饋到主線代碼分支。

Unicoi Systems 基于 Blackfin 的融合語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)

Fusion 語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)（圖 5）是 Unicoi Systems 的完整語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)/終端適配器參考設(shè)計(jì)。憑借在單核Blackfin處理器上運(yùn)行的路由器功能和功能齊全的SIP電話，F(xiàn)usion語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)允許終端適配器快速上市。

圖5.Unicoi Systems的基于Blackfin的Fusion Voice Gateway。

Fusion語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)具有強(qiáng)大的功能，包括G.168回聲消除和多個(gè)G.7xx語(yǔ)音編解碼器。Fusion 參考設(shè)計(jì)還結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)路由器、4 端口以太網(wǎng)交換機(jī)和 VoIP 網(wǎng)關(guān)功能，包括功能齊全的電話和路由器功能。

Unicoi Systems 基于 Blackfin 的融合 IP 電話

Unicoi Systems的Fusion IP電話是一個(gè)完整的軟件/芯片解決方案，提供了一個(gè)功能齊全的平臺(tái)，支持當(dāng)前和新興的IP電話標(biāo)準(zhǔn)，并具有產(chǎn)品差異化的擴(kuò)展能力。

Fusion IP 電話參考設(shè)計(jì)可降低 BOM 成本，并降低通常與開發(fā) IP 電話相關(guān)的時(shí)間和復(fù)雜性。該參考設(shè)計(jì)軟件圍繞ADSP-BF536設(shè)計(jì)，提供構(gòu)建基本或高級(jí)IP電話所需的關(guān)鍵處理（例如實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、呼叫管理器、語(yǔ)音算法、全雙工免提電話的回聲消除）、通信協(xié)議（TCP/IPv4/v6、SIP、RTP等）和外設(shè)功能（LCD和鍵盤控制器等）。

黑鰭金槍魚網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音參考設(shè)計(jì)

ADI公司黑鰭金槍魚布拉沃唰唰??網(wǎng)絡(luò)電話和可視電話參考設(shè)計(jì)是完整的系統(tǒng)解決方案，適用于構(gòu)建功能豐富、高性能、低成本 VoIP 桌面電話、可視電話和電話適配器的 OEM。這些設(shè)計(jì)包括用于VoIP應(yīng)用的全套軟件，全部由一套全面的應(yīng)用程序接口（API）控制，用于定制和控制核心系統(tǒng)功能。

對(duì)于音頻，這些設(shè)計(jì)支持多種 G.7xx 音頻編解碼器、符合 G.168 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)回聲消除和聲學(xué)回聲消除，以提高音頻清晰度。或者，設(shè)計(jì)中可以包含RF收發(fā)器，以提供無(wú)線音頻功能。這些設(shè)計(jì)支持符合 H.323 和 SIP 標(biāo)準(zhǔn)的軟件堆棧。

在視頻方面，BRAVO 寬帶音頻/視頻通信參考設(shè)計(jì)（圖 6）提供高達(dá) 30 幀/秒的通用中間格式 （CIF） 彩色視頻，包括支持 ITU 標(biāo)準(zhǔn)的 H.263 和 H.264 視頻編解碼器、畫中畫、帶疊加的高分辨率圖形、Alpha 和色度鍵控以及防閃爍濾波。

圖6.Blackfin BRAVO 寬帶音頻/視頻通信參考設(shè)計(jì)，功能圖。

結(jié)論

顯然，VoIP技術(shù)有可能徹底改變?nèi)藗兊臏贤ǚ绞?- 無(wú)論他們是在家里還是在工作中，插入或不受束縛，支持視頻還是只是普通的音頻思維。Blackfin處理器的強(qiáng)大功能和多功能性，與各種標(biāo)準(zhǔn)配合使用，將使VoIP在嵌入式環(huán)境中越來(lái)越普遍，在許多尚未體驗(yàn)到這項(xiàng)令人興奮的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)創(chuàng)造增值功能。

*確切地說(shuō)，會(huì)話控制和啟動(dòng)的任務(wù)位于 H.225.0 和 H.245 域中，它們是 H.323 傘形協(xié)議的一部分。

媒體編解碼器標(biāo)準(zhǔn)

音頻編解碼器

G.711

G.1988 于 711 年推出，是在 64 kbps 信道上編碼電話音頻的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是此處介紹的選項(xiàng)中最簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)。G.711 中唯一使用的壓縮是壓縮（使用 m 定律或 A 定律標(biāo)準(zhǔn)），它將每個(gè)數(shù)據(jù)樣本壓縮為 8 位字，產(chǎn)生 64 kbps 的輸出比特率。H.323標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定G.711必須作為語(yǔ)音通信的基線。

G.723.1

G.723.1 是一種基于代數(shù)代碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè) （ACELP） 的雙比特率編解碼器，于 1996 年發(fā)布，面向 VoIP 應(yīng)用。G.723.1 的編碼時(shí)間范圍為 30 毫秒。每個(gè)幀可以編碼為 20 字節(jié)或 24 字節(jié)，從而分別轉(zhuǎn)換為 5.3 kbps 或 6.3 kbps 流。通過(guò)語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)和舒適噪聲生成，可以有效降低比特率。該編解碼器對(duì)網(wǎng)絡(luò)缺陷（如丟失幀和位錯(cuò)誤）具有良好的免疫力。G.723.1適用于視頻會(huì)議應(yīng)用，如多媒體通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.324系列所述。

G.729

1996 年發(fā)布的另一種語(yǔ)音編解碼器是低延遲 G.729 音頻數(shù)據(jù)壓縮算法，該算法將語(yǔ)音劃分為 10 毫秒的幀。它使用一種稱為共軛結(jié)構(gòu)ACELP（CS-ACELP）的算法。G.729 將通過(guò) 16 ms 幀以 8 kHz 采樣的 10 位信號(hào)壓縮為 8 kbps 的標(biāo)準(zhǔn)比特率，但它也支持 6.4 kbps 和 11.8 kbps 速率。此外，它還支持語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)和舒適噪音生成。

全球通用系統(tǒng)

GSM語(yǔ)音編解碼器在世界各地的手機(jī)系統(tǒng)中都有使用。這些標(biāo)準(zhǔn)的管理機(jī)構(gòu)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）。自第一個(gè)GSM全速率（GSM-FR）以來(lái)，該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展。該標(biāo)準(zhǔn)使用稱為常規(guī)脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼器（RPELPC）的CELP變體。輸入語(yǔ)音信號(hào)分為 20 毫秒幀。每幀編碼為 260 位，從而產(chǎn)生 13 kbps 的總比特率。免費(fèi)的GSM-FR實(shí)現(xiàn)在某些限制下可用。

斯皮克斯

Speex是一種專為語(yǔ)音編解碼器設(shè)計(jì)的開源/自由軟件音頻壓縮格式，由 Xiph.org 發(fā)布，目標(biāo)是成為完全無(wú)專利的語(yǔ)音解決方案。與許多其他語(yǔ)音編解碼器一樣，Speex基于帶有殘留編碼的CELP。它可以將 8 kHz、16 kHz 和 32 kHz 線性 PCM 信號(hào)編碼為 2 kbps 至 44 kbps 的比特率。Speex 可靈活應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤，并支持語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)。除了允許可變比特率外，Speex還具有立體聲編碼的獨(dú)特功能。源代碼可從 Speex.org 獲得，其中包括窄帶壓縮的匯編級(jí)優(yōu)化，以及基于Blackfin的回聲消除器。

視頻編解碼器

H.261

該標(biāo)準(zhǔn)于1990年開發(fā)，是第一個(gè)廣泛使用的視頻編解碼器。它引入了將幀分割成16×16個(gè)“宏塊”的想法，這些宏塊在幀之間跟蹤以建立運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償向量。它主要針對(duì)ISDN線路上的視頻會(huì)議應(yīng)用（p × 64 kbps，其中p范圍為1至30）。輸入幀通常為 CIF（352 × 288），每秒 30 幀 （fps），輸出壓縮幀占用 64 kbps 至 128 kbps，分辨率為 10 fps。雖然今天仍在使用，但它在很大程度上已被H.263取代。盡管如此，H.323 指定 H.261 必須作為視頻通信的基線存在。

H.263

此編解碼器在視頻會(huì)議中無(wú)處不在，在所有比特率下都優(yōu)于 H.261。輸入源通常是四分之一通用中間格式 （QCIF） （176 × 144） 或 30 fps 的 CIF，輸出比特率在 28 fps 時(shí)可以小于 8.10 kbps，性能與 H.261 相同。因此，H.261需要ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)）線路，而H.263可以使用普通電話線。H.263 用于視頻電話和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等終端市場(chǎng)，并且在基于 IP 的應(yīng)用中很受歡迎。

審核編輯：郭婷