OMAP5912的嵌入式無(wú)線(xiàn)組播通信設計

　　提出一種便攜式的無(wú)線(xiàn)通信系統，它采用OMAP5912作為系統中央處理器，利用Wi-Fi模塊組建Ad-Hoe無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，采用G729a編解碼傳輸語(yǔ)音信息，并利用混音技術(shù)實(shí)現多方通話(huà)功能。測試表明，該系統不需要專(zhuān)用基站，可隨時(shí)隨地實(shí)現實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信，適合應急通信等無(wú)線(xiàn)應用場(chǎng)合。

　　引言

　　當前移動(dòng)電話(huà)以方便、快捷的通話(huà)特點(diǎn)已經(jīng)成為人們的日常生活品之一。然而，它需要基站支持。如果處于基站覆蓋區外，用戶(hù)就很難進(jìn)行通信。并且它一般只適合兩個(gè)用戶(hù)之間通信，這難以適用于應急通信或臨時(shí)會(huì )議等應用場(chǎng)合。針對這一問(wèn)題，本文提出一種采用Wi-Fi(Wireless Fidelity，無(wú)線(xiàn)保真)傳輸技術(shù)的嵌入式系統。它利用Ad-Hoc進(jìn)行自組織組網(wǎng)，實(shí)現多人同時(shí)進(jìn)行通話(huà)的目的。該系統不需要專(zhuān)用基站，從而解決移動(dòng)電話(huà)需要專(zhuān)網(wǎng)的不足。

　　1 系統設計思想

　　無(wú)線(xiàn)多方通話(huà)系統是指在同一個(gè)系統中允許多人同時(shí)進(jìn)行對話(huà)，它不同于常規對講機。對講機只能實(shí)現半雙工通信，即發(fā)起方在說(shuō)話(huà)時(shí)，聽(tīng)不到其他人的語(yǔ)音。通信雙方時(shí)常因為搶話(huà)而難以順利溝通。如果多人同時(shí)搶話(huà)，將造成系統無(wú)法正常通信。

　　為了實(shí)現無(wú)線(xiàn)多方通話(huà)，需要解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的建立、系統語(yǔ)音通信的方法。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)可以采用基于A(yíng)P方式的組網(wǎng)和基于A(yíng)d-Hoc方式的組網(wǎng)?；贏(yíng)P方式的組網(wǎng)需要選擇一個(gè)中心節點(diǎn)，它負責轉發(fā)和處理下面各成員之間的語(yǔ)音信息。然而，如果該節點(diǎn)失效，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )就會(huì )癱瘓，而基于A(yíng)d-Hoc方式的網(wǎng)絡(luò )內各用戶(hù)地位均等，各用戶(hù)在彼此覆蓋范圍可以建立對等的通信關(guān)系直接通信?？紤]到系統的便攜性和實(shí)用性，系統采用基于A(yíng)d-Hoc方式進(jìn)行無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)。

　　在建立無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)后，可以采用RTP協(xié)議實(shí)現簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)語(yǔ)音通話(huà)。為了實(shí)現多方話(huà)務(wù)系統，還需要采用組播方式。由于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的有效帶寬有限，為了容納更多的用戶(hù)，需要采用合適的語(yǔ)音編解碼算法以降低各自帶寬的需求。語(yǔ)音編碼一般分為三種類(lèi)型：波形編碼、參數編碼和波形參數混合編碼。波形編碼的語(yǔ)音自然度高，但是壓縮效率比較差，常在32 kbps以上。參數編碼特點(diǎn)是語(yǔ)音壓縮效率高，但是自然度比較差，能夠在極低速率進(jìn)行編碼。而波形參數混合編碼結合了以上兩者的長(cháng)處，代表算法有G.723、G.729等，能在4～16 kbps的速率上進(jìn)行高質(zhì)量的語(yǔ)音合成?？紤]到算法的復雜度和對語(yǔ)音的需求，這里選用適合嵌入式應用的G729a算法。接收方接收到多個(gè)用戶(hù)的語(yǔ)音信息后先進(jìn)行相應的語(yǔ)音解碼，然后采取混音技術(shù)實(shí)現實(shí)時(shí)接聽(tīng)多人話(huà)音。

　　考慮到系統的便攜性以及系統開(kāi)發(fā)的難易程度，選擇Linux2.6操作系統作為軟件開(kāi)發(fā)平臺，以TI的OMAP5912作為中央處理器，利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡組建Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò )，利用Qt技術(shù)實(shí)現圖形界面顯示和系統控制。最終完成在局域網(wǎng)內進(jìn)行多方話(huà)務(wù)通信的功能。

　　2 系統硬件設計

　　本系統結構如圖1所示。該無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)內有N個(gè)用戶(hù)，其中N的取值范圍為[2，253]。每個(gè)用戶(hù)的系統架構相同，它包括語(yǔ)音采集/播放模塊、觸摸屏、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡、中央處理單元和電源模塊。

　　2.1 中央處理器與語(yǔ)音采集/播放模塊之間通信

　　這里選用TI公司的低功耗處理芯片OMAP5912，它采用ARM9+DSP55X的雙核構架。而聲卡主芯片選用TI公司的AIC23芯片，該芯片是一款高性能的立體聲語(yǔ)音編解碼器，提供模/數轉換和數/模轉換，數據格式支持16/20/24/32，采樣頻率支持[8 kHz，96 kHz]范圍內可調。如圖2所示，AIC23的可編程設置通過(guò)OMAP5912的I2C接口完成。AIC23的音頻數據通過(guò)與OMAP5912的MCBSP接口相連完成數字化音頻輸入/輸出，而AIC的耳麥輸入/輸出接口相對簡(jiǎn)單，利用該電路可以完成自身語(yǔ)音的采集和還原其他用戶(hù)傳來(lái)語(yǔ)音信息。