基于DSP的H.324終端設計

目前在H.324系統(tǒng)的研制和開發(fā)中，普遍采用了兩種方式：一種是開發(fā)純軟件的H.324系統(tǒng)，即基于PC的系統(tǒng)；另外一種方案是采用可編程的視頻信號處理器來實現(xiàn)H.324系統(tǒng)的功能。后一種方法具有很大的靈活性，并可在同一硬件平臺上開發(fā)出不同的應用程序。本文所提出的方案正是一種基于可編程的數(shù)字信號處理芯片的實現(xiàn)方法。這種方案可開發(fā)出獨立機型的可視電話終端，并且可以將該系統(tǒng)應用于通信、監(jiān)控等領域。

1 H.324終端的功能元素

H.324建議規(guī)定了系統(tǒng)的一些功能要素。H.324終端配置及其外圍要素如圖１所示，包括終端I/O設備、Modem、GSTN網(wǎng)、MCU和其他系統(tǒng)操作實體，H.324的實現(xiàn)中并不要求每一功能元素都必備。

H.324可視電話終端機框架建議包含以下五個方面的內(nèi)容：

·H.263/H.361 視頻編解碼
·H.223 信道復用/解復用
·H.245 系統(tǒng)控制
·G.723.1 音頻編解碼
·V.34 調(diào)制解調(diào)器Modem

H.324終端中多媒體信息流分為視頻、音頻、數(shù)據(jù)和控制流幾個部分：

1　視頻流是傳輸彩色活動圖像的連續(xù)的碼流。在傳輸過程中，視頻流的比特率要根據(jù)音頻和數(shù)據(jù)信道的需求而變化。
2　音頻流是實時的，但在接收端處理時可能進行適當?shù)难舆t以維持和視頻流的同步。為降低音頻流的平均比特率，可采用語音激活方式工作。
3　數(shù)據(jù)流可以表示靜止圖像、傳真、文獻、計算機文件、未定義的用戶文件和其他數(shù)據(jù)流。
4　控制流在對等端之間傳送控制命令和指示。終端到Modem的控制服從V.25ter建議(使用外部Modem通過一個單獨的物理接口相連)。終端到終端的控制服從H.245建議。

2 H.324終端實現(xiàn)方案

H.324只是一個框架協(xié)議，實現(xiàn)該系統(tǒng)有很多種方式。可以根據(jù)H.324標準設計專用電路。這種方式雖然具有處理速度快，應用方便等特點，但是這種方式具有很大的局限性。因為一種專用電路只能針對特定的功能設計，具有開發(fā)成本高，不易改進功能等缺點。目前已有的或是正在開發(fā)的產(chǎn)品中，普遍采用了純軟件即基于計算機的方式，或是采用可編程數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)，或是將兩種方式結合起來開發(fā)實現(xiàn)H.324系統(tǒng)。本文作者開發(fā)的系統(tǒng)主要是利用W90K系列芯片實現(xiàn)的，即采用可編程的數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)。圖2是基于W90210終端的原理框圖。

該開發(fā)板分為視頻編解碼模塊、音頻編解碼模塊、碼流復用及系統(tǒng)控制模塊、視頻顯示模塊、調(diào)制解調(diào)器模塊。這些模塊加上視頻顯示和聲音輸入回放等外圍設備，共同完成H.324可視電話功能。

·視頻編解碼芯片W9960 該芯片主要完成視頻編解碼功能。該芯片特別適于完成H.263/H.261功能，能完成CIF、QCIF、SQCIF等格式的編碼。固化在該芯片中的是標準的H.263視頻編解碼程序，可以工作在非限制運動矢量和PB幀模式。開發(fā)板上的復用控制芯片控制該編解碼器的啟動、停止以及編解碼模式轉(zhuǎn)換。W9960有數(shù)字視頻接口，可以支持數(shù)字攝像機輸入。另外該芯片還有PCI接口用于和開發(fā)板主CPU與顯示模塊交換數(shù)據(jù)。

·音頻編解碼芯片CT8020 該芯片完成音頻編解碼功能。芯片中有G.723.1微代碼，它可以將音頻原始數(shù)據(jù)(16bit8ｋHz)編碼成為G. 723.1數(shù)據(jù)幀并可以將G. 723.1數(shù)據(jù)幀解碼成為音頻原始數(shù)據(jù)。以CT8020為核心的音頻編解碼模塊及其外圍設備可以接收語音輸入編碼并接收G. 723.1碼流解碼后回放。該模塊輸出碼流可以工作在6.3Kbit、5.3Kbit。該模塊的初始化和工作啟動停止以及工作模式的改變可以通過調(diào)用其API函數(shù)來實現(xiàn)。

· 視頻顯示模塊 該模塊主要由W9971及其外圍設備組成。該模塊接收輸入的數(shù)字化圖像信號以顯示本地圖像，或是接收W9960解碼后的數(shù)據(jù)以顯示遠端圖像。W9971芯片還可以管理顯示模式，如圖像的大小、位置、色調(diào)、對比度等。

·視頻輸入模塊 該模塊主要由數(shù)字攝像機或是由模擬攝像機和SAA7111芯片組成。SAA7111的功能是將模擬攝像機的輸入圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，該信號輸入到視頻顯示模塊用于顯示本地圖像，同時該信號也輸入到視頻編解碼模塊，該信號被編碼后經(jīng)復用傳輸?shù)竭h端。
·調(diào)制解調(diào)器模塊 該模塊主要是完成語音輸入以及調(diào)制功能。

·復用控制模塊 該模塊是整個終端的核心，主要由芯片W90210及其存儲器組成。該模塊的主要功能是完成板上各個功能模塊的初始化，接收音頻編解碼模塊輸出的碼流以及視頻編解碼模塊輸出的碼流，并將這些碼流及系統(tǒng)控制信息根據(jù)H.223標準復用后經(jīng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后在GSTN網(wǎng)絡上傳輸。該模塊更為重要的功能是控制整個板上各個功能模塊的運行，H.324系統(tǒng)中規(guī)范的H.229及H.245協(xié)議的功能也在本模塊中實現(xiàn)。

3 終端軟件的開發(fā)

本終端是在可嵌入式實時操作系統(tǒng)Supertask下開發(fā)實現(xiàn)的。其中硬件和操作系統(tǒng)以及開發(fā)的應用程序的關系如圖3所示。

圖3所示的是本文中的H.324終端的軟件和硬件關系框圖。開發(fā)硬件平臺的系列硬件處于系統(tǒng)的底層，由SuperTask實時操作系統(tǒng)對其管理。在操作系統(tǒng)的基礎上開發(fā)了硬件的驅(qū)動函數(shù)，如音頻和視頻編解碼器的驅(qū)動函數(shù)以及輸入/輸出模塊的驅(qū)動函數(shù)，這些函數(shù)可供開發(fā)應用系統(tǒng)時調(diào)用。上述終端中的軟件正是在這些驅(qū)動函數(shù)的基礎上，利用操作系統(tǒng)的服務來開發(fā)完成的。

H.324終端應用系統(tǒng)軟件

在SuperTask實時操作系統(tǒng)中將H.324終端系統(tǒng)從功能上劃分為幾個獨立的任務從整體上將各個任務連接成為一個完整的系統(tǒng)。圖4是各個任務之間的關系。