數(shù)字對講機的多媒體應(yīng)用平臺設(shè)計

黃鴻泰　王毅龍

摘 要：隨著通信科技的迅猛發(fā)展，數(shù)字化通信系統(tǒng)以其優(yōu)秀的性能在越來越多的應(yīng)用中逐漸取代了傳統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)，成為通信領(lǐng)域中主流發(fā)展方向。從整個移動通信的應(yīng)用來劃分，可分為公眾移動通信和專業(yè)移動通信兩大類，對講機通信在專業(yè)移動通信中扮演著重要的角色，而目前在我國的對講機市場中，數(shù)字對講機也因為其高效的頻譜資源利用率，良好的通信質(zhì)量和保密性等特點而被越來越廣泛地接受。針對采用開放式多媒體應(yīng)用平臺的數(shù)字對講機，以LT1901A為核心處理器所具有的較強處理能力、較低功耗和較高性價比的特點，通過嵌入WiFi通信協(xié)議[1]、藍牙通信協(xié)議[2]實現(xiàn)了基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)和藍牙技術(shù)的功能數(shù)字對講，實現(xiàn)IP互通互聯(lián)。因為雙核處理器的選擇對通信協(xié)議能做較好的兼容，使得升級空間增大。而聲碼器的應(yīng)用有可選國產(chǎn)芯片的余地，此外由于LT1910A十分強大的功能，該平臺還可以引入更多的應(yīng)用，比如視頻、娛樂、動畫等功能提供了多媒體功能、并且可以起到改善人機界面并延長電池壽命的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字對講 開放式 多媒體應(yīng)用平臺 WiFi技術(shù) 藍牙技術(shù)

中圖分類號：TN92 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0028-02

目前，從整個移動通信的應(yīng)用來劃分，可分為公眾移動通信和專業(yè)移動通信兩大類，其中公眾移動通信就是社會上廣大消費者正在使用的2G、3G、4G移動手機，它是為廣大公眾提供移動通信服務(wù)的，任何人都有權(quán)購買并享受其服務(wù)；而專業(yè)移動通信主要是為各行業(yè)、企業(yè)、團體提供內(nèi)部專業(yè)通信服務(wù)的，其不承擔(dān)公眾普遍服務(wù)職能。在專業(yè)移動通信中，按網(wǎng)絡(luò)容量從小到大，按網(wǎng)絡(luò)功能從少到多，可分為公眾對講機、專業(yè)對講機、無中心自集群系統(tǒng)、集群系統(tǒng)4類，這4類專業(yè)移動通信中，前3類都屬于對講機范疇，可見對講機通信在專業(yè)移動通信中扮演著重要的角色。由于其具有自動組網(wǎng)、免費通信和高數(shù)據(jù)率等優(yōu)點，正在使用的對講機數(shù)量占專業(yè)移動通信終端總數(shù)80%以上，并仍將保持這種獨特的優(yōu)勢且不斷向前發(fā)展。

但是，目前市場上的大部分對講機功能單一，常局限于對講通話中，限制了其使用領(lǐng)域范圍。與此同時，過度緊張的頻譜資源也對對講機的創(chuàng)新性和實用性提出了更高要求。故以LT1901A為核心處理器，構(gòu)建了數(shù)字對講機的開放式多媒體應(yīng)用平臺。通過嵌入WiFi通信協(xié)議、藍牙通信協(xié)議實現(xiàn)了基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)和藍牙技術(shù)的功能數(shù)字對講，實現(xiàn)IP互通互聯(lián)。雙核處理器的選擇對通信協(xié)議能做較好的兼容，升級空間大。聲碼器的應(yīng)用有可選國產(chǎn)芯片的余地，此外由于LT1910A的功能十分強大，該平臺還可以引入更多的應(yīng)用，比如視頻、娛樂、動畫等功能。

1 開放式多媒體應(yīng)用平臺的結(jié)構(gòu)

開放式多媒體應(yīng)用平臺的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括LT1901A為雙核處理器、射頻模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、藍牙模組、IP互聯(lián)模組、聲碼器。

2 工作原理

發(fā)射時，由麥克接送進來的話音信號轉(zhuǎn)為電信號，并經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行采樣轉(zhuǎn)換，然后將得到的數(shù)據(jù)通過聲碼器從而進行壓縮處理，LT1901A雙核處理器內(nèi)所集成的高性能的DSP核ZSP540與ARM926EJ-S對壓縮后的數(shù)據(jù)進行協(xié)議添加與控制的操作處理，從而最終形成了4FSK調(diào)制波形，而數(shù)模轉(zhuǎn)換器又將改4FSK數(shù)字波形進行模擬化處理后對其進行射頻調(diào)制，并將調(diào)頻載波由天線發(fā)射出去。

接收時，射頻模塊對接收到的模擬信號進行解調(diào)處理操作，將接收到的模擬信號首先經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的處理，而LT1901A雙核處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行信道解碼和拆幀，然后再把得到的幀信號交由聲碼器進行解壓，最終把解壓得到的數(shù)據(jù)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器還原成為模擬語音信號。

3 LT1901A處理器

LT1901A是福建聯(lián)拓科技有限公司自主研發(fā)的一款具有電源管理單元和音頻解碼器的基帶芯片。LT1901A采用了高性能低功耗的混合信號技術(shù)。LT1901A采用雙核架構(gòu)，它集成了高性能的ARM926EJ-S，ZSP540 DSP核和已經(jīng)得到的廣泛應(yīng)用的各種接口與外設(shè)，如可以支持USB2.0 HS，支持1個SDMMC卡接口，擁有一個NFC接口，可外接8/16bits NandFlash，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)模兼容，并且能夠通過軟件無線電的方式支持多種數(shù)字對講機標(biāo)準(zhǔn)模式和多種聲碼器模式，具有較強的處理能力、較低的功耗和較高的性價比。其中所集成的ARM926EJ-S是一款使用ARM9E核的綜合處理器宏單元，是高性能、32位片上系統(tǒng)解決方案ARM9 Thumb家族中的一員；DSP內(nèi)核用于完成數(shù)字信號的實時處理。

LT1901A內(nèi)部的NFC模塊是芯片中的設(shè)備接口時序控制器，用于實現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。能夠?qū)FC進行訪問的主控單元為ARM、DMAC。其功能特點是：支持8位的NAND FLASH存儲器接口；接口時序可通過寄存器參數(shù)設(shè)定；發(fā)送方向有16×16、接收方向上有16×16比特的FIFO作為緩沖；提供DMAC硬件握手，數(shù)據(jù)交換可通過DMAC自動完成；提供讀寫數(shù)據(jù)的1-bit ECC校驗功能，可實現(xiàn)每512字節(jié)數(shù)據(jù)最大糾正1比特錯，檢測2比特錯的功能。默認情況下，芯片支持1-bit ECC校驗功能（可選）；提供讀寫數(shù)據(jù)的8-bit ECC校驗功能，可實現(xiàn)每512字節(jié)數(shù)據(jù)最大糾正8比特錯的功能（可選）；命令下發(fā)方式支持兩種：一種是按命令字定義格式打包寫到FIFO接口寄存器，另一種是直接將命令字寫到特殊寄存器中。

LT1901A突破了數(shù)字對講機的技術(shù)瓶頸，降低了設(shè)計門檻，而且與其設(shè)計套件具有多個應(yīng)用目標(biāo)市場，提供了多媒體功能、有效改善了人機界面并對電池壽命起到了延長的作用。我們以LT1901A為核心處理器，構(gòu)建數(shù)字對講機開放式多媒體應(yīng)用平臺。從中可以通過嵌入WiFi通信協(xié)議、藍牙通信協(xié)議等方式來實現(xiàn)基于WiFi無線網(wǎng)絡(luò)和藍牙技術(shù)的功能基礎(chǔ)上的數(shù)字對講方案，以實現(xiàn)IP互通互聯(lián)的效果功能。而且關(guān)于此雙核處理器LT1901A的選擇對所設(shè)計的通信協(xié)議起到了更好的兼容效果，從而使得后續(xù)的可升級空間和可維護性都大大增加，并且對聲碼器的應(yīng)用支持有了可選國產(chǎn)芯片的余地，此外由于LT1910A的功能十分強大，我們的平臺還可以引入更多的應(yīng)用，比如視頻、娛樂、動畫等功能。

4 WiFi無線通信技術(shù)

WiFi部署區(qū)網(wǎng)（LAN）可讓客戶端設(shè)備無需使用電線，降低網(wǎng)絡(luò)部署和擴充的成本。許多空間不能架設(shè)電纜，如戶外區(qū)和歷史建筑，可運用無線區(qū)網(wǎng)來改善。現(xiàn)在大多數(shù)筆記本電腦制造商已經(jīng)內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。WiFi的價位持續(xù)下跌，使之漸漸普及，已成為企業(yè)普遍的基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)WiFi聯(lián)盟指定，“WiFi認證”是向后兼容的。它指定一套全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：不同于移動電話，任何WiFi標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備將在世界上任何地方正確運行。WiFi已在22萬個以上公開熱點和幾千萬戶家庭、公司及世界各地的大學(xué)校園中使用。2010年，WiFi保護訪問加密（WPA2）被認定安全，能讓用戶使用強大的密碼。新協(xié)議的WiFi Multimedia（WMM）說明WiFi更適合于延遲敏感型應(yīng)用（如語音和視頻），此外，WMM的省電機制能提高電池效率。

設(shè)計中嵌入的WiFi無線通信協(xié)議能夠完全兼容當(dāng)前無線通信的3種主流標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.11b、IEEE802.11n、IEEE802.11g，其發(fā)射功率不超過100 mW。WiFi無線技術(shù)通過展頻技術(shù)、擴頻技術(shù)、調(diào)頻技術(shù)使得數(shù)據(jù)傳輸過程能夠更大程度上抗干擾，同時接收方對所收到數(shù)據(jù)進行的Error Checking（偵錯）操作，確保了傳輸數(shù)據(jù)的正確性，若發(fā)現(xiàn)收到的數(shù)據(jù)中不符合偵錯算法的內(nèi)容，那么就會使用一定的措施來修復(fù)該錯誤，例如要求發(fā)送方重新發(fā)送被偵察到的錯誤位。收發(fā)雙方每次接受通信前都會有3次“握手”的過程[3]，這3次“握手”可以保證傳送數(shù)據(jù)的雙方能在可靠的連接下進行通信，從而達到設(shè)備之間的互通性和資源共享。

5 藍牙通信技術(shù)

藍牙用于在不同的設(shè)備之間進行無線連接，例如連接計算機和外圍設(shè)備，如：打印機、鍵盤等，又或讓個人數(shù)碼助理（PDA）與其它附近的PDA或計算機進行通信。具備藍牙技術(shù)的手機可以連接到計算機、PDA甚至連接到免持聽筒。事實上，根據(jù)已訂立的標(biāo)準(zhǔn)，藍牙可以支持功能更強的長距離通訊，用以構(gòu)成無線局域網(wǎng)。每個Bluetooth設(shè)備可同時維護8個連接。可以將每個設(shè)備配置為不斷向附近的設(shè)備聲明其存在以便創(chuàng)建連接。另外也可以對兩個設(shè)備之間的連接進行密碼保護，以防止被其他設(shè)備接收。藍牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.1，藍牙協(xié)議工作在無需許可的ISM（Industrial Scientific Medical）頻段的2.45 GHz。最高速度可達723.1 KB/s。為了避免干擾可能使用2.45 GHz的其它協(xié)議，藍牙協(xié)議將該頻段劃分成79頻道，帶寬為1 MHz）每秒的頻道轉(zhuǎn)換可達1600次。

藍牙無線通信以時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸，工作在2.4 GHz的頻段，具備低功耗、高靈活性、強可靠性等優(yōu)勢。該技術(shù)利用快速確認和調(diào)頻方案確保了鏈路的穩(wěn)定，其采用的調(diào)頻技術(shù)中基于“偽隨機碼”的快速信道跳變使得藍牙的穩(wěn)定能夠優(yōu)于其他系統(tǒng)。與此同時，F(xiàn)EC（Forward Error Correction，前向糾錯）技術(shù)[4]抑制了長距離鏈路的隨機噪聲，使得數(shù)據(jù)傳輸過程更加可靠和更加穩(wěn)定。基于藍牙技術(shù)的無線發(fā)射機采用FM調(diào)制方式，也降低了設(shè)備的復(fù)雜性，其數(shù)據(jù)傳輸過程采用數(shù)據(jù)包的形式按一定時隙傳送。

6 聲碼器的選擇

聲碼器的優(yōu)點是數(shù)碼率低，因而適合于窄帶、昂貴和劣質(zhì)信道條件下的數(shù)字電話通信，能滿足節(jié)約頻帶、節(jié)省功率和抗干擾編碼的要求。低數(shù)碼率對話音存儲和話音加密處理也都很有利。聲碼器的缺點是音質(zhì)不如普通數(shù)字電話好，而且工作過程較復(fù)雜，造價較高。現(xiàn)代聲碼器主要用于軍隊、政府以及那些值得付出代價以換取通信安全（保密）的場合。隨著對人類發(fā)聲機構(gòu)和聽覺機理的深入研究以及計算機技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，聲碼器的音質(zhì)和設(shè)備小型化將不斷得到改進，并將在數(shù)字通信中得到更廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有的數(shù)字對講設(shè)備方案中聲碼器采用硬件（固件）模塊加入模式，一旦要更換聲碼器整個硬件系統(tǒng)都要重新設(shè)計或者重新架構(gòu)軟件版本，增加了開發(fā)周期，不利于系統(tǒng)的更新?lián)Q代，可擴展性差，我們的平臺可支持多種聲碼器模式，并將聲碼器移植到處理器當(dāng)中，可在原有硬件基礎(chǔ)上隨時更換聲碼器版本，有利于生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的更新?lián)Q代，可以大大縮短產(chǎn)品的上市周期。

7 開放式多媒體應(yīng)用平臺的技術(shù)優(yōu)勢

雙核處理器方案，可以減小系統(tǒng)體積，降低電路的復(fù)雜性，對通信協(xié)議能做較好的兼容，升級空間大，且LT1901A集成了高性能的ARM926EJ-S，ZSP540 DSP核，適配各種接口與外設(shè)，具有較強的處理能力、較低的功耗和較高的性價比。

IP互聯(lián)互通，即采用WiFi技術(shù)、藍牙技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)真正意義的網(wǎng)絡(luò)化的中繼和集群功能。

獨特的數(shù)字語音加密算法讓無線語音通信更加的安全。

高效的抗干擾技術(shù)。利用語音去噪算法和語音增強技術(shù)，使處于復(fù)雜噪聲干擾環(huán)境下的數(shù)字對講設(shè)備具有優(yōu)質(zhì)的語音傳輸質(zhì)量。

聲碼器的應(yīng)用有可選國產(chǎn)芯片的余地。

該平臺還可以引入更多的應(yīng)用，比如視頻、娛樂、動畫等功能。

8 結(jié)語

該文實現(xiàn)了一種數(shù)字對講機的開放式多媒體應(yīng)用平臺設(shè)計。多媒體應(yīng)用平臺的設(shè)計主要是以雙核處理器LT1901A為核心處理器具體實現(xiàn)的。同時本多媒體應(yīng)用平臺還具有WiFi/藍牙、IP互聯(lián)功能，突出了高端通信的特色，與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了真正意義的網(wǎng)絡(luò)化。聲碼器可選國產(chǎn)芯片的余地，大大降低了平臺設(shè)計開發(fā)成本，而且本平臺可增加多應(yīng)用的引用，比如視頻、動畫、娛樂等功能的加入，使得本平臺的應(yīng)用范圍更為廣泛，而且對平臺后期的可升級性與可維護性都是做了充足有利的基礎(chǔ)準(zhǔn)備，有助于推動對講機行業(yè)的升級換代和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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