CN100463476C - 用数字信号处理器实现电话会议的方法 - Google Patents

Abstract

一种用数字信号处理器实现电话会议的方法，本发明采用的是以通用数字信号处理器DSP做为硬件平台，用软件来实现电话会议的功能，是一种通用硬件加软件的方法。硬件平台也是DSP的PCM串行接口完成多路话音的输入、输出及控制接口用于外部CPU对DSP芯片的代码下载、命令控制与响应。本发明与现在实现电话会议所采用的纯专用硬件相比：专用芯片的专用性使得其应用范围狭窄、灵活性差、通用性差、价格高；ASIC芯片的开发十分复杂、周期很长，灵活性差。而DSP芯片是一种通用芯片，是现代电子技术发展的主流方向之一，用DSP做为硬件平台，具有很强的通用性和灵活性，价格低，本方法的音量调节范围宽，并可实现自动调节。

Description

用数字信号处理器实现电话会议的方法

(1)技术领域

本发明涉及一种在数字程控交换机领域中用数字信号处理器实现电话会议(多方通话)的方法。

(2)背景技术

数字程控交换机电话会议(多方通话)系统就是依托程控交换网络在异地多个地点召开电话会议或进行多方通话的系统。其基本原理是：发往正在参与多方通话的任何一方的话音，是其他通话方所有话音的和。比如A、B、C，三方在进行三方通话，则，发往A的话音是B、C话音之和；发往B的话音是A、C话音之和；发往C的话音是A、B话音之和。为了实现这个功能，程控交换机中必须有一个实现话音累加的功能模块；另外，由于存储器位长的限制，当多方电话话音加在一起时，其数值结果(位数)会超出存储器位长，即产生溢出，反映在话音上就是失真和杂音，因此这个功能模块还必须提供(或具备)一个接口(或一种功能)用于控制各通话方的音量。

现在的数字程控交换系统中，用的是专用芯片和ASIC(纯硬件)来完成这个功能。其基本结构是：(1)PCM串行接口完成多路话音的输入、输出；(2)控制接口用于外部CPU对本芯片的初始化、配置，以及音量调节。数字大规模集成电路和数字电子计算机的飞速发展，为信号处理技术开拓了一个崭新的领域。近十多年来，在十六世纪发展起来的经典数值分析技术的基础上，迅速形成了数字信号处理这门崭新的学科，并正广泛地深入到通讯、遥感、地震测量、石油勘探、生物医学以及海洋学等各个科学领域中。数字处理有灵活性强、精度高、成本低以及对环境没有特殊要求等优点。随着半导体工业的迅猛发展，高速、高性价比的数字信号处理器(Digital SignalProcessor)推陈出新；DSP开发工具的不断发展、完善使得DSP的开发更加简单方便。数字信号处理器正在为各个部门所广泛使用，数字信号处理技术也成为现代电子技术发展的一个主流。

(3)发明内容

本发明的目的之一是：克服专用芯片产量逐渐减少、价格较高、采购困难的缺点，克服开发ASIC芯片技术要求高、周期长的缺点，在通用数字信号处理器DSP硬件平台上，通过DSP软件处理流程为程控交换机提供一种价格低廉的电话会议功能实现的方法。

本发明的目的之二是：利用软件实现的灵活性，实现音量调节的宽调节范围以及实现自动调节的功能。

本发明的目的是这样实现的：

一种用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的方法是以通用数字信号处理器DSP做为硬件平台，用软件处理流程实现电话会议功能的方法，所述的软件处理流程包括两个：

第一个是主程序处理流程，该主程序处理流程为：

第一步：根据不同的DSP处理器做相应的初始化，包括中断向量的设

置、串行接口的设置、与外部处理器接口部分的设置、算好音量调节的各

个音量增益NdB值所对应的mod(10*(power(10，N/20)))值；

第二步：按需要开中断，包括串口中断或DMA接收满(或发送完)中

断、定时器中断；

第三步：进入一个循环，在循环体中：进行扫描命令；判断有否新命

令？如果没有，直接到会议组数据表的扫描子程序处理程序，如果有新命

令，则进行命令处理子程序后到会议组数据表扫描子程序处理程序；

第二个是中断服务程序处理流程，该中断服务程序处理流程为：

第一步：保护现场；

第二步：将输出缓冲区的数据进行A律和U律码转换成线性码；

第三步：发送本帧输出数据；

第四步：接收本帧数据；

第五步：将本帧接收数据线性码转换成A律或U律码，并串转换器再将它们从输出PCM线送出去；

第六步：恢复现场；

第七步：中断返回。

本发明实现自动音量调节的方法：在软件中对每一个时隙都提供一个数据结构，对应DSP的四个存储空间，如图3所示，前两个存储器是输入音量设置，后两个是输出音量设置。如果有M方参加同一个电话会议，则按照下面的步骤来自动调节音量：

第一步：将当前帧的M方的话音各自按照其输入音量设置调整后累加起来；

第二步：每一方的输出话音等于累加和减掉当前帧本时隙输入的话音再经过输出音量调节的结果；

第三步：判断累加和是不是溢出了，如果溢出了，调整溢出次数，如果溢出次数超过门限，则调整每一方的“输入音量调节设置”，如果该方是“输入音量增加”，则将“输入调节的dB数”减少1dB；如果该方是“输入音量降低”，则将“输入调节的dB数”增加1dB，等待下一帧的到来；如果没有溢出，则修改“输入音量调节设置”，等待下一帧的到来，回到第一步，这样就实现了音量的自动调节。

在上述自动调节过程中，没有管“输出音量调节设置”，可以将“输出调节的dB数”全部设置为0dB，即，对输出不做调节。另外，我们只做了降低音量的调节，如果话音音量太低，也可以做增加音量的自动调节，但是现在的电信设备，音量都不会低，故做增加音量的自动调节没有必要。

本发明所述DSP硬件平台由以下几部分组成(参见附图1中虚线围起来的部分)：电路①是一个DSP核，主要完成电话会议的软件功能，比如话音累加、音量调节以及与外部控制器的命令和消息的交互；电路②完成双端口RAM，DSP核和外部的控制处理器通过它通讯；电路③完成串行到并行转换；电路④完成并行到串行转换。DSP核通过数据总线、地址总线、控制总线(主要是读、写、片选、中断等信号等)来访问电路②、③、④；串行时钟提供Bit定位参考；帧同步信号提供帧定位参考。

另外，现在很多DSP芯片已经将电路①、②、③、④四部分集成在一起了。

电路⑤是一个外部控制器，它通过双端口RAM和DSP核交互命令和信息。

可以将这个平台做成一个标准的模块，与外部的信号接口主要有：输入(input)PCM、输出(output)PCM，与外部的控制处理器之间的数据总线(DataBus)、地址总线(Address Bus)、控制总线(Control Bus)，串行时钟(Serialclock)、帧同步信号(Frame pulse)，以及电源。这些信号保持不变，这样我们这个DSP模块就可以根据功能及性能需要使用各个厂家的各种DSP芯片，不会再拘限一个厂家、一种DSP芯片了。

本发明的功效：

本发明采用的就是以通用数字信号处理器做为硬件平台，用软件来实现电话会议的功能，是通用硬件加软件的方法。硬件平台也是(1)DSP的PCM串行接口完成多路话音的输入、输出；(2)控制接口用于外部CPU对DSP芯片的代码下载、命令控制与响应。与现在所采用的纯专用硬件的方法相比，有以下两点优点：(1)专用芯片的专用性使得其应用范围狭窄、灵活性差、通用性差、价格居高不下；ASIC芯片的开发十分复杂、周期也很长，同样灵活性差。而DSP芯片是一种通用芯片，是现代电子技术、半导体技术发展的主流方向之一，用DSP做为硬件平台，通过软件不仅可以用来实现电话会议，还可以用来实现很多其他功能如回声消除、编解码、DTMF收发号、MFC等，故DSP硬件平台具有很强的通用性和灵活性(在数字程控交换机中，一般都会有这么一个DSP硬件平台)。DSP是今后的主要发展方向之一，高性能的DSP芯片不断涌现，且因其通用性而被各个领域广泛使用，因而其价格也在不断下降，这一点是专用芯片所无法比拟的。而且开发DSP软件的工具功能完善、使用简单，远比开发一颗专用芯片快捷、容易。(2)本方法由于采用软件来实现，因而具有很强的灵活性，音量调节范围宽，而且可以实现自动调节。电话会议专用芯片提供的音量调节功能所能调节的范围窄，目前尚未有能自动调节音量的芯片，若要开发专门的这样的芯片，其价格将远远高于采用本发明的价格。

本方法可以增加实现电话会议的灵活性、降低硬件成本。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1为DSP硬件平台的硬件功能框图(现在大部分的DSP芯片已经将①、②、③、④部分集成在一起了)；

图2为电话会议组数据结构图，是软件算法中要用到的一个数据结构，是会议组数据表：假设PCM串行接口线是2.048MHz的，即实现一组30方，或10组各3方的电话会议，共10个数组，每个数组的第一个字存储本组共有多少方在进行电话会议，从第二个字开始存储属于本组的时隙号(0～30)；

图3为各时隙音量控制数据结构图，是软件用的一个数组，是输入输出增益调整表：30个数组对应30个时隙，第一个字反映本时隙输入要衰减还是要增加，第二个字反映本时隙输入调整的dB数，第三个字反映本时隙输出要衰减还是要增加，第四个字反映本时隙输出调整的dB数；

图4为各时隙占用/空闲指示图，是软件用的一个数组，30个字反映对应的时隙的占用情况，0 x 55说明该时隙空闲，0 x aa说明该时隙占用；

图5为DSP电话会议程序总流程的主程序图；

图6为中断处理子程序的流程图；

图7为DSP电话会议软件程序与外部控制器接口部分流程图；

图8为DSP电话会议软件程序核心部分流程图；

图9为电话会议现有技术的一个应用实施例框图。

(5)具体实施方式

为进一步说明本发明的方法，首先参见图9，图9为电话会议现有技术的一个应用实施例框图。

在采用本发明的方法之前，DSP硬件平台(详见图1)用来对一对输入、输出的2.048MHz的PCM信号做DTMF收发号、MFC收发号、语音等功能；而电话会议专用芯片则是对一对2.048MHz的PCM信号做电话会议功能，功能的选择由两个2选1的选择器来实现，如果选电话会议功能，则DSP硬件平台没用；如果选电话会议以外的功能，电话会议芯片没用。两种情况都有浪费。采用本发明的方法后，2选1的功能可以去掉，电话会议专用芯片也可以去掉，大大降低了成本，增加了灵活性。

本发明的方法详细参看图5—图8的流程。主要包括主程序和中断服务程序。

图5为DSP电话会议程序总流程图的主程序包括：

S501：电话会议程序总流程主程序开始

S502：先根据不同的DSP处理器做相应的初始化，包括中断向量的设置、串行接口的设置、与外部处理器接口部分HPI(Host Port Interface)的设置、算好各个NdB(比如N＝0～30)值所对应的mod(10^*(power(10，N/20)))存储起来形成一个表；

S503：然后按需要开中断，如串口中断或DMA接收满(或发送完)中断、定时器中断：

S504—S507：接下来进入一个循环，在循环体中：

S504：进行扫描命令；

S505：判断有否新命令？如果没有，直接到S507会议组数据表的扫描子程序处理程序；

S506：如果有新命令，则进行命令处理子程序后；

S507：到会议组数据表的扫描子程序处理程序。

在此称外部的处理器为Host，Host给DSP发的命令有三种：1.加一个时隙到一组电话会议中；2.将一个时隙从一组电话会议中删除；3.调整一个时隙的音量。假设接收到四条命令，将第1、3、4、7时隙加入到第一组电话会议中，则第一组的会议组数据表如下(第一个“4”表示本组有四个时隙在电话会议，“1”、“3”、“4”、“7”分别表示四个时隙)：

 

4

1

3

4

7

............

0

如果4时隙挂机，Host向DSP发一个将4时隙删除的命令，DSP处理后如下：

 

3

1

3

7

0

............

0

如果调整3时隙的音量输入衰减10dB，输出增加6dB，则DSP处理后，3时隙的音量调节数据表为：

 

0 x 81

10

0 x 61

6

“0 x 61”表示增加，“0 x 81”表示衰减。

本发明所述软件在进行音量调节的时候，核心思想是：如果要将音量调节(增加和降低)N dB，则如下所示：

设P1为调节后的幅度，P2是调节前的幅度，即增加音量：

N＝201gP1-201gP2＝201g(P1/P2)。

P1/P2＝power(10，N/20)//10的N/20次方。

10^*(P1/P2)＝10^*(power(10，N/20))

将10^*(power(10，N/20))的小数部分四舍五入。

//mod(x)是对x进行四舍五，例如mod(13.5)＝14；mod(13.3)＝12；

所以：P1＝P2^*mod(10^*(power(10，N/20)))/10。

若N＝3，则mod(10^*(power(10，N/20)))＝14，P1＝P2^*14/10。

若N＝5，则mod(10^*(power(10，N/20)))＝18，P1＝P2^*18/10。

如果P1为调节前的幅度，P2是调节后的幅度，即降低音量：

若N＝3，则mod(10^*(power(10，N/20)))＝14，P2＝P1^*10/14。

若N＝5，则mod(10^*(power(10，N/20)))＝18，P2＝P1^*10/18。

这样N可以取0～30，甚至更宽。将对应的mod(10^*(power(10，N/20)))值按顺序存储起来，形成一个表，外部控制处理器只要通知DSP要改变的dB数N，DSP就能通过查表，取得一个值，来对信号的幅度进行乘除运算，就能达到精确的音量调节。

会议组数据表的扫描处理程序中，当扫描到一组有电话会议时，比如扫描到第一组有四个时隙参加电话会议，则根据各个时隙的输入音量调整设置调整各时隙的话音，再累加起来，判断是否溢出，如果溢出则溢出次数加1，如果要进行自动音量调节，则判断溢出次数是否已经达到门限，若是，则调整，并将溢出此事清零。将累加和减掉各自的输入话音经过输出音量调整后输出到个自的输出时隙去。

中断处理子程序主要是将串并转换后的每一帧各时隙的输入值按照需要从A律和U律码转换成线性码，并将要输出的每一帧各时隙的值从线性码转换成A律或U律码，并串转换器再将它们从输出PCM线送出去。一般情况是每一帧产生一次中断。

参见图6，图6为中断处理子程序流程：

S601：中断处理子程序开始；

S602：保护现场；

S603：将输出缓冲区的数据进行A律和U律码转换成线性码；

S604：发送本帧输出数据；

S605：接收本帧数据；

S606：将本帧接收数据线性码转换成A律或U律码，并串转换器再将它们从输出PCM线送出去；

S607：恢复现场；

S608：中断返回。

图7为DSP电话会议软件与外部控制器接口部分流程图，也就是命令处理子程序启动后的流程图。

S701：命令处理子程序启动；

S702：分析命令类型；

S703：根据命令类型跳转(命令有三种：增加电话会议的命令，删除电话会议命令，增益调整命令)：

如果是增加电话会议的命令：

S704：找到要增加电话的会议组；

S705：该组会议电路数+1；

S706：将增加的电话的时隙号填入该会议组数据表的空闲位置；

S717返回；

如果是删除电话会议命令：

S707：找到要删除电话的会议组；

S708：该组会议电路数—1；

S709：将要删除的的电话的时隙号从该会议组数据表中删除；

S717：返回；

如果是增益调整命令：

S710：分析增益调整类型；

S711：根据增益调整类型跳转(有三种类型：输入增益调整命令，输出增益调整命令，自动增益调整命令)：

如果是输入增益调整命令：

S712：根据要调整的dB数查表找到相应的数据；

S713：修改输入增益衰减表；

S717：返回；

如果是输出增益调整命令：

S714：根据要调整的dB数查表找到相应的数据；

S715：修改输入增益衰减表；

S717返回；

如果是自动增益调整命令：

S716：置自动增益调整标志；

S717：返回。

参见图8，图8为DSP电话会议软件核心部分流程图。

S801：会议组数据表扫描子程序启动；

S802：开始扫描第一组；

S803：判别当前组有否会议？如果没有会议，进入S815流程，扫描组号+1；

S804：如果当前组有会议，扫描本组会议的各个时隙；

S805：根据本组的时隙号查找输入增益衰减表的数据；

S806：根据所查数据调整各时隙当前输入缓冲区的话音数据；

S807：计算本组所有时隙调整后的输入话音数据的总和；

S808：判别要否自动增益？如果要自动增益，进入S812流程，判断是否溢出并修改该组会议规定时间内溢出次数，并进入S813流程，判别规定时间内溢出次数是否超过设定次数？如果超过，进入S814流程，要调整输入增益衰减表中的增益衰减dB值后进入S809流程，进行计算各时隙要输出的话音数据，如果不超过，直接进入S809流程，进行计算各时隙要输出的话音数据

S809：如果不要自动增益，就进行计算各时隙要输出的话音数据；

S810：根据本组的时隙号查找输出增益衰减表的数据；

S811：调整各时隙输出的话音数据；

S815：扫描组号+1；

S816：判别所有组都扫描过吗？如果还没有全扫描过，则重新回到前面S803判别当前组有否会议的流程；

S817：如果所有组全扫描过，则将计算好的各时隙输出话音数据至输出缓冲区后到S818返回流程。

在硬件平台中，DSP如果不采用前面所说的通过双端口RAM来与外部的处理器进行通讯，用其他硬件接口如UART、同步串口、以太网口等硬件接口，也同样可以实现。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的方法是以通用数字信号处理器DSP做为硬件平台，用软件处理流程实现电话会议功能的方法，所述的软件处理流程包括两个：

第一个是主程序处理流程，该主程序处理流程为：

第一步：根据不同的DSP处理器做相应的初始化，包括中断向量的设置、串行接口的设置、与外部处理器接口部分的设置、算好音量调节的各个音量增益NdB值所对应的mod(10*(power(10，N/20)))值，其中N大于0，power(10，N/20)指10的N/20次方，mod(10*(power(10，N/20)))是指对power(10，N/20)值进行四舍五入；

第二步：按需要开中断，包括串口中断或DMA接收满中断或发送完中断、定时器中断；

第三步：进入一个循环，在循环体中：进行扫描命令；判断有否新命令？如果没有，直接到会议组数据表的扫描子程序处理程序，如果有新命令，则进行命令处理子程序后到会议组数据表的扫描子程序处理程序；

第二个是中断服务程序处理流程，该中断服务程序处理流程为：

第一步：保护现场；

第二步：将输出缓冲区的数据进行A律和U律码转换成线性码；

第三步：发送本帧输出数据；

第四步：接收本帧数据；

第五步：将本帧接收数据线性码转换成A律或U律码，并串转换器再将它们从输出PCM线送出去；

第六步：恢复现场；

第七步：中断返回。

2.如权利要求1所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的命令处理子程序启动后包括下列流程：

第一步：分析命令类型；

第二步：根据命令类型跳转；

第三步：返回。

3.如权利要求2所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的命令类型包括：增加电话会议的命令；删除电话会议命令；增益调整命令。

4.如权利要求3所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的增加电话会议的命令的工作流程包括：

第一步：找到要增加电话的会议组；

第二步：该组会议电路数+1；

第三步：将增加的电话的时隙号填入该会议组数据表的空闲位置。

5.如权利要求3所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的删除电话会议命令的工作流程：

第一步：找到要删除电话的会议组；

第二步：该组会议电路数—1；

第三步：将要删除的的电话的时隙号从该会议组数据表中删除。

6.如权利要求3所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的增益调整命令的工作流程包括：

第一步：分析增益调整类型；

第二步：根据增益调整类型跳转。

7.如权利要求6所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的增益调整类型包括：输入增益调整命令；输出增益调整命令；自动增益调整命令。

8.如权利要求7所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的输入增益调整命令的工作流程包括：

第一步：根据要调整的dB数查表找到相应的数据；

第二步：修改输入增益衰减表。

9.如权利要求7所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的输出增益调整命令的工作流程包括：

第一步：根据要调整的dB数查表找到相应的数据；

第二步：修改输入增益衰减表。

10.如权利要求7所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的自动增益调整命令的工作流程是置自动增益调整。

11.如权利要求1所述的用数字信号处理器实现电话会议的方法，其特征在于所述的会议组数据表扫描子程序启动后包括下列流程：

第一步：开始扫描第一组；

第二步：判别当前组有否会议，如果没有会议，扫描组号+1；如果有会议，扫描本组会议的各个时隙；

第三步：根据本组的时隙号查找输入增益衰减表的数据，根据所查数据调整各时隙当前输入缓冲区的话音数据，计算本组所有时隙调整后的输入话音数据的总和；

第四步：判别要否自动增益调整，如果要自动增益调整，判断是否溢出并修改该组会议规定时间内溢出次数，并判别规定时间内溢出次数是否超过设定次数，如果超过设定次数，要调整输入增益衰减表中的增益衰减dB值后进行计算各时隙要输出的话音数据；如果不超过设定次数，直接进行计算各时隙要输出的话音数据；如果不要自动增益，就直接进行计算各时隙要输出的话音数据；

第五步：根据本组的时隙号查找输出增益衰减表的数据，调整各时隙输出的话音数据；

第六步：扫描组号+1；

第七步：判别所有是否都扫描过，如果还没有全扫描过，则重新回到前面判别当前组有否会议的流程，如果全扫描过，则将计算好的各时隙输出话音数据至输出缓冲区后返回。

Images