當前移動電話以方便、快捷的通話特點已經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，用戶就很難進行通信。并且它一般只適合兩個用戶之間通信，這難以適用于應急通信或臨時會議等應用場合。針對這一問題，本文提出一種采用Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線保真）傳輸技術的嵌入式系統。它利用Ad-Hoc進行自組織組網，實現多人同時進行通話的目的。該系統不需要專用基站，從而解決移動電話需要專網的不足。

1 系統設計思想

無線多方通話系統是指在同一個系統中允許多人同時進行對話，它不同于常規對講機。對講機只能實現半雙工通信，即發起方在說話時，聽不到其他人的語音。通信雙方時常因為搶話而難以順利溝通。如果多人同時搶話，將造成系統無法正常通信。

為了實現無線多方通話，需要解決兩個關鍵問題：無線局域網的建立、系統語音通信的方法。無線局域網可以采用基于AP方式的組網和基于Ad-Hoc方式的組網。基于AP方式的組網需要選擇一個中心節點，它負責轉發和處理下面各成員之間的語音信息。然而，如果該節點失效，整個網絡就會癱瘓，而基于Ad-Hoc方式的網絡內各用戶地位均等，各用戶在彼此覆蓋范圍可以建立對等的通信關系直接通信。考慮到系統的便攜性和實用性，系統采用基于Ad-Hoc方式進行無線組網。

在建立無線局域網后，可以采用RTP協議實現簡單的點對點語音通話。為了實現多方話務系統，還需要采用組播方式。由于無線局域網的有效帶寬有限，為了容納更多的用戶，需要采用合適的語音編解碼算法以降低各自帶寬的需求。語音編碼一般分為三種類型：波形編碼、參數編碼和波形參數混合編碼。波形編碼的語音自然度高，但是壓縮效率比較差，常在32 kbps以上。參數編碼特點是語音壓縮效率高，但是自然度比較差，能夠在極低速率進行編碼。而波形參數混合編碼結合了以上兩者的長處，代表算法有G．723、G．729等，能在4～16 kbps的速率上進行高質量的語音合成。考慮到算法的復雜度和對語音的需求，這里選用適合嵌入式應用的G729a算法。接收方接收到多個用戶的語音信息后先進行相應的語音解碼，然后采取混音技術實現實時接聽多人話音。

考慮到系統的便攜性以及系統開發的難易程度，選擇Linux2．6操作系統作為軟件開發平臺，以TI的OMAP5912作為中央處理器，利用無線網卡組建Ad-Hoc網絡，利用Qt技術實現圖形界面顯示和系統控制。最終完成在局域網內進行多方話務通信的功能。

2 系統硬件設計

本系統結構如圖1所示。該無線局域網內有N個用戶，其中N的取值范圍為［2，253］。每個用戶的系統架構相同，它包括語音采集／播放模塊、觸摸屏、無線網卡、中央處理單元和電源模塊。

2．1 中央處理器與語音采集／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OMAP5912的I2C接口完成。AIC23的音頻數據通過與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／輸出接口相對簡單，利用該電路可以完成自身語音的采集和還原其他用戶傳來語音信息。

2．2 中央處理器與觸摸屏之間通信

考慮到圖像的直觀性和操控的靈活性，選用三星公司的LTV350QV_FOE觸摸屏，它采用320×240像素液晶輸出方式。對液晶的控制是通過專用芯片ADS7843來完成的。圖3所示是OMAP5912與ADS7843的接口電路圖。OMAP5912通過MCSI接口來實現與ADS7843的命令、數據的串行輸入／輸出，并通過將KB．CX引腳復用成GPIO，然后實現PENIRQ與BUSY信號的中斷觸發。

2．3 無線通信模塊與OMAP之間通信

系統的無線通信模塊采用基于RT2571芯片的802．11無線網卡，它工作在2．4 GHz的ISM工作頻段，負責完成各用戶之間語音和數據信息的交換。它與CPU之間通信是通過USB接口實現。

整個系統以超聲波發射和接收電路為核心進行設計，系統采用直接數字頻率合成芯片AD9833產生脈沖串，經過功率放大電路驅動超聲波換能器，超聲波經過懸濁液到達接收換能器，利用92 dB對數放大器AD8307對回波衰減信號進行對數放大，最后由微控制器對數據進行處理得出濃度值。系統還配備了鍵盤、顯示、參數存儲、開關量輸出、繼電器輸出、電流輸出、UART通信等功能。

3 系統軟件設計

本系統軟件可以分為3個功能模塊：語音信息處理模塊、無線通信模塊和QT控制模塊。其中QT控制模塊負責圖形界面顯示和人機接口控制。為了便于實現系統管理，采用基于Linux操作系統的應用程序開發模式，操作系統則選用Linux2．6．29版本。系統主程序結構如圖4所示。

在完成必要的軟硬件初始化后，系統進入QT界面控制程序，QT界面控制程序負責兩大功能：

①語音編解碼處理。如圖5所示，語音信號的處理是通過DSP55X內核完成。它采用雙線程處理。線程1負責語音編碼處理。此時DSP內核采用雙緩存機制保存ARM9送入的本地語音數據。它利用G729a定點編碼算法實現對語音的壓縮處理，然后送給ARM9內核。線程2負責語音解碼處理。ARM接收到的語音數據送入DSP內核后利用多用戶解碼算法恢復各個用戶的語音信息，然后回送給ARM9內核處理。

②無線語音和聲卡數據的收發以及混音處理。它由ARM9內核完成。ARM9內核與DSP內核的通信是通過DSP Gateway雙核通信機制方式實現，由ARM9內核負責控制。對于語音編碼，ARM9負責把AIC23采集的緩存數據寫入到DSP的編碼器中。編碼完的數據放入發送緩存單元，當發送緩沖區放滿之后，ARM端就會將數據通過網口發送出去。然后將編碼后的數據通過無線網卡發送出去。語音解碼與編碼過程相反，首先通過無線網卡接收其他用戶發送過來的比特流，并提取用戶信息，送入DSP端解碼，經過解碼器解碼后，判別當前是否多用戶通信，如果是就啟動混音程序，再輸出至音頻接口，變為模擬語音信號播放。

4 系統測試

測試系統采用3塊OMAP5912開發板和對應的3塊無線網卡。無線網卡選用華碩網卡W167g，采用Ad-Hoc進行組網。針對系統需求，需要測試系統的有效帶寬和語音延遲以及音質。

系統的有效帶寬是保證多用戶語音通話的前提。這里利用Netperf軟件進行分析，測試表明基于UDP的傳輸速度，兩點間的平均速度可達3．4 Mbps。

對于語音通信而言，基于AIC23芯片的語音通信采樣速度是8 kHz，采用16比特單聲道采樣，所需帶寬為128 kbps。而G729a的壓縮率為16：1。故所需帶寬僅為8 kbps。因此，該無線網卡支持多用戶通信。

然后對語音音質進行測試，這里利用由Cooledit2000軟件進行分析，如圖6所示，原始語音和采用G729a語音編解碼處理后的語音波形雖有所損傷，但基本一樣，從音質效果上看，語音清晰，達到MOS=4的語音測試水平。

最后對系統語音延遲進行測試，無線傳輸時語音數據每次發送4幀數據，每幀包含10 ms語音數據，系統整體延時約為60 ms，聽者基本感覺不到延遲效應。

通過以上測試，系統可以正常工作，達到設計目標。

結語

本文設計了一套可供無線局域網內實時語音通信系統，它以OMAP5912作為系統硬件平臺，采用QT界面技術進行管理。用戶可以方便地進行多人通話。由于采用嵌入式方式進行設計，適合于應急通信和臨時移動會議等便攜式通信場合。

責任編輯：gt