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IP的设计与实现

前言

本文从VoIP相关知识入手,介绍了IP的软硬件结构设计及实现方案,并描述了IP基于SIP的呼叫流程,并通过设计杂项的方式详细描述了系统中的几个关键点.内容仅供大家参考,更详细内容可参见源代码,源代码是最好的老师.

VoIP相关知识介绍

什么是VoIP

VoIP是VoiceoverInterProtocol的缩写,指的是将模拟的声音讯号经过压缩与封包之后,以数据封包的形式在IP网络的环境进行语音讯号的传输.VoIP技术是目前互联网应用领域的一个热门话题,已经成为下一代网络发展的必然趋势.IP为广大电信用户和运营提供了一个成熟的,可实现广泛多媒体业务的终端载体,是下一代网络技术先进性的重要体现,它为基础语音的业务拓展提供了美好灿烂的应用前景.VoIP的基本原理通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理,然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包,经过IP网络把数据包送至接收地,再把这些语音数据包串起来,经过解压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由互联网传送语音的目的.IP的核心与关键设备是IP网关,它把各地区区号映射为相应的地区网关IP地址.这些信息存放在一个数据库中,数据接续处理软件将完成呼叫处理,数字语音打包,路由管理等功能.在用户拨打长途时,网关根据区号数据库资料,确定相应网关的IP地址,并将此IP地址加入IP数据包中,同时选择最佳路由,以减少传输时延,IP数据包经Inter到达目的地的网关.在一些Inter尚未延伸到或暂时未设立网关的地区,可设置路由,由最近的网关通过长途网转接,实现通信业务.IP的技术基础是语音压缩技术.目前用于IP的标准是G.723.1静噪抑制技术又称语音激活技术,是指检测到通话过程中的安静时段即停止发送语音包的技术.通过静噪抑制技术,可大大节省带宽.回声抵消技术在PBX或局用交换机侧,有少量电能未被充分转换而沿原路返回,形成回声.语音抖动处理技术IP网络的一个特征就是网络延时与网络抖动,它们可以导致IP通话质量明显下降.网络延时是指IP包在网络上平均的传输时间,网络抖动是指IP包传输时间的长短变化.为了防止这种抖动,人们采用抖动缓冲技术,即在接收端设置一个缓冲池,语音包到达时首先进行缓存,然后系统以稳定平滑的速率将语音包从缓冲池中取出并处理,再播放给受话者.语音优先技术语音通信对实时性要求较高,在带宽不足的IP网络中,一般需要语音优先技术,即在IP网络路由器中必须设置语音包的优先级最高.这样,网络延时和网络抖动对语音的影响均将得到明显改善.IP包分割技术有时网络上有长数据包,一个包上千字节,这样的长包如不加以限制,在某些情况下也会影响语音质量.为了保证IP的通话质量,应将IP包的大小限制为不超过2556字节.VoIP前向纠错技术为了保证语音质量,有些先进的VoIP网关采用信道编码以及交织等技术.目前构建IP系统结构的信令协议主要有H.323SIP和MGCP(H.248).H.323协议是为多媒体会议系统而提出的国际电联ITU制定该协议采用传统电信网络繁琐的信令概念,非常庞大,无论从实现技术手段,还是使用和管理方法上都十分复杂.MGCP是互联网工程任务组(IETF)定义发布的基本思想就是网关分离.将H.323协议的IP网关分为媒体网关(MG),信令网关(SG)和媒体网关控制器(MGC,又称CA).其中MG仅负责媒体格式的变换,SG负责信令的转换,MGC才是真正的智能部分,根据收到的信令控制MG的连接建立和释放.这样的分离结构不仅可以大幅度提高中继MG的容量,而且可以提供7号信令的支持,并提高了系统的可用性和鲁棒性.SIP(SessionInitiationProtocol)会话初始协议是IETF制订的,用于多方多媒体通信.定义,SIP是一个基于文本的应用层控制协议,独立于底层传输协议TCP/UDP/SCTP,用于建立,修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话.SIP协议借鉴了HTTP,SMTP等协议,SIP应用崭新的业务模式不断呈现,相关研发和项目投资增长迅速,终端产品价格不断下降,SIP协议正得到越来越广泛的支持,SIP协议以其更加开放,更易扩展,与Inter紧密结合等特性,战胜H.323,MGCP等协议成为VoIP的主流协议.SIP产品将主导未来VoIP通信市场已成为业界人士的共识,基于SIP的IP通信正在成为一个巨大的产业.INCA-IP芯片,此芯片是为IPPhone应用设计的一款SOC解决方案,内部集成32-BITMIPSCPU,高性能dsp,SLIC,LCD控制器,MAC,PHY单元,CPU主频达到150MHz的主频,DSP达100MHz,在网络处理和语音方面可以达到很高的性能,是现有市场上比较先进的IPPhoneSoc解决方案.

怎么撰写多媒体毕业论文
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软件平台采用vxWorks嵌入式操作系统,vxWorks是世界上领先的嵌入式操作系统,因其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信,军事,航空和航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域.信令协议采用SIP协议,主要是由于SIP协议正得到越来越广泛的支持,SIP协议以其更加开放,更易扩展,与Inter紧密结合等特性,战胜H.323,MGCP等协议成为VoIP的主流协议libosip2-2.2.2版本,另外根据国外的需求,后续将要支持IAX2协议.

硬件架构

方案主芯片采用Infelion的INCA-IP芯片,内部集成了32-BITMIPSCPU,高性能dsp,SLIC,LCD控制器,MAC,PHY单元,因此硬件则通过外接flash,SDRAM,手柄,耳机,LCD,键盘和以太变压器来实现.

硬件系统构架见下面框图:

软件架构

我们的软件是在vxWorks操作系统的基础上自主开发完成,主要包括:驱动模块(DSP驱动,LCD驱动,以太驱动,键盘驱动等),OSIP协议栈,ORTP协议栈,呼叫控制模块,用户接口模块(menu,CLI,WEB),扩展业务模块等.

软件系统构架见下面框图:

其中:

DSP驱动:

Dsp驱动模块是语音,信号处理的核心,完成对语音,数据,信号的采集和发送,同时它还完成对dsp控制,管理的功能.在系统启动时,完成dsp初始化工作.

SLIC驱动:

SLIC驱动主要实现对端口摘挂机状态的检测,同时通知上层对摘挂机事件进行相应的处理.

键盘驱动