基于OMAP5912的无线组播通信设计

　　提出一种便携式的无线通信系统，它采用OMAP5912作为系统中央处理器，利用Wi-Fi模块组建Ad-Hoe无线网络，采用G729a编解码传输语音信息，并利用混音技术实现多方通话功能。测试表明，该系统不需要专用基站，可随时随地实现实时语音通信，适合应急通信等无线应用场合。

　　引言

　　当前移动电话以方便、快捷的通话特点已经成为人们的日常生活品之一。然而，它需要基站支持。如果处于基站覆盖区外，用户就很难进行通信。并且它一般只适合两个用户之间通信，这难以适用于应急通信或临时会议等应用场合。针对这一问题，本文提出一种采用Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线保真)传输技术的嵌入式系统。它利用Ad-Hoc进行自组织组网，实现多人同时进行通话的目的。该系统不需要专用基站，从而解决移动电话需要专网的不足。

　　1 系统设计思想

　　无线多方通话系统是指在同一个系统中允许多人同时进行对话，它不同于常规对讲机。对讲机只能实现半双工通信，即发起方在说话时，听不到其他人的语音。通信双方时常因为抢话而难以顺利沟通。如果多人同时抢话，将造成系统无法正常通信。

　　为了实现无线多方通话，需要解决两个关键问题：无线局域网的建立、系统语音通信的方法。无线局域网可以采用基于AP方式的组网和基于Ad-Hoc方式的组网。基于AP方式的组网需要选择一个中心节点，它负责转发和处理下面各成员之间的语音信息。然而，如果该节点失效，整个网络就会瘫痪，而基于Ad-Hoc方式的网络内各用户地位均等，各用户在彼此覆盖范围可以建立对等的通信关系直接通信。考虑到系统的便携性和实用性，系统采用基于Ad-Hoc方式进行无线组网。

　　在建立无线局域网后，可以采用RTP协议实现简单的点对点语音通话。为了实现多方话务系统，还需要采用组播方式。由于无线局域网的有效带宽有限，为了容纳更多的用户，需要采用合适的语音编解码算法以降低各自带宽的需求。语音编码一般分为三种类型：波形编码、参数编码和波形参数混合编码。波形编码的语音自然度高，但是压缩效率比较差，常在32 kbps以上。参数编码特点是语音压缩效率高，但是自然度比较差，能够在极低速率进行编码。而波形参数混合编码结合了以上两者的长处，代表算法有G.723、G.729等，能在4～16 kbps的速率上进行高质量的语音合成。考虑到算法的复杂度和对语音的需求，这里选用适合嵌入式应用的G729a算法。接收方接收到多个用户的语音信息后先进行相应的语音解码，然后采取混音技术实现实时接听多人话音。

　　考虑到系统的便携性以及系统开发的难易程度，选择Linux2.6操作系统作为软件开发平台，以TI的OMAP5912作为中央处理器，利用无线网卡组建Ad-Hoc网络，利用Qt技术实现图形界面显示和系统控制。最终完成在局域网内进行多方话务通信的功能。

　　2 系统硬件设计

　　本系统结构如图1所示。该无线局域网内有N个用户，其中N的取值范围为[2，253]。每个用户的系统架构相同，它包括语音采集/播放模块、触摸屏、无线网卡、中央处理单元和电源模块。

　　

 

　　2.1 中央处理器与语音采集/播放模块之间通信

　　这里选用TI公司的低功耗处理芯片OMAP5912，它采用ARM9+DSP55X的双核构架。而声卡主芯片选用TI公司的AIC23芯片，该芯片是一款高性能的立体声语音编解码器，提供模/数转换和数/模转换，数据格式支持16/20/24/32，采样频率支持[8 kHz，96 kHz]范围内可调。如图2所示，AIC23的可编程设置通过OMAP5912的I2C接口完成。AIC23的音频数据通过与OMAP5912的MCBSP接口相连完成数字化音频输入/输出，而AIC的耳麦输入/输出接口相对简单，利用该电路可以完成自身语音的采集和还原其他用户传来语音信息。

　　

 

　　2.2 中央处理器与触摸屏之间通信

　　考虑到图像的直观性和操控的灵活性，选用三星公司的LTV350QV_FOE触摸屏，它采用320×240像素液晶输出方式。对液晶的控制是通过专用芯片ADS7843来完成的。图3所示是OMAP5912与ADS7843的接口电路图。OMAP5912通过MCSI接口来实现与ADS7843的命令、数据的串行输入/输出，并通过将KB.CX引脚复用成GPIO，然后实现PENIRQ与BUSY信号的中断触发。

　　

 

　　2.3 无线通信模块与OMAP之间通信

　　系统的无线通信模块采用基于RT2571芯片的802.11无线网卡，它工作在2.4 GHz的ISM工作频段，负责完成各用户之间语音和数据信息的交换。它与CPU之间通信是通过USB接口实现。

　　整个系统以超声波发射和接收电路为核心进行设计，系统采用直接数字频率合成芯片AD9833产生脉冲串，经过功率放大电路驱动超声波换能器，超声波经过悬浊液到达接收换能器，利用92 dB对数放大器AD8307对回波衰减信号进行对数放大，最后由微控制器对数据进行处理得出浓度值。系统还配备了键盘、显示、参数存储、开关量输出、继电器输出、电流输出、UART通信等功能。