IP电话实时通信的实现课程设计

JISHOUUNIVERSITY专业课课程论文题目：IP电话实时通信的实现作者：学号：所属学院：信息科学与工程学院专业年级：09级计科3班总评分：完成时间：吉首大学信息科学与工程学院IP电话实时通信的实现（吉首大学信息科学与工程学院，湖南吉首416000）摘要随着网络技术的不断发展，最近几年，IP电话技术突飞猛进，已从当初PC到PC的机连接方式发展到IP电话网关方式，通过IP电话网关可以将PBX与因特网连接起来，从而实现普通话机通过因特网进行通信。因此，IP电话网关是近年来计算机和通信领域中研究的一个热点。IP电话网关的一个最主要性能指标是它的处理密度（即能同时算是的话路数）。而IP电话网关的处理密度主要取决于它所使用的语音编解码器处理一帧数据的延迟大小。目前，IP电话所遵循的标准是H.323，而H.323标准首选语音编码器是ITU-TG.729.A。ITU-TG.729.A是用于语音和其它声音信号的压缩编解码算法建议，它是G.729的简化版本，编码速率为8Kbps，并且有很高的语音质量。关键词：ITU-TG.729.AIP电话编码器Implementationofreal-timecommunicationIPtelephoneWuxin(CollegeofInformationScienceandEngineering,JishouUniversity,Jishou,Hunan416000)AbstractWiththecontinuousdevelopmentofnetworktechnology,inrecentyears,IPphonetechnologymakeaspurtofprogress,fromtheoriginalPCtoPCmachineconnectiontoIPphonegateway,viatheIPtelephonegatewaycanbePBXconnectedwiththeInternet,therebyrealizingthePutonghuamachineviatheInternetincommunication.Therefore,IPtelephonegatewayisinrecentyearsinthefieldofcomputerandcommunicationsresearchhotspot.TheIPtelephonygatewaytooneofthemostimportantperformanceindexisitstreatmentofthedensity(whichcanalsobewordnumber).WhiletheIPtelephonegatewayprocessingdensitydependsmainlyonthespeechcodecprocessingdataofaframedelaysize.Atpresent,IPtelephonefollowthestandardisH.323,andtheH.323standardITU-TG.729.Aspeechcoderispreferred.ITU-TG.729.Aisusedforvoiceandothersoundsignalcompressioncodinganddecodingalgorithmisproposed,whichisasimplifiedversionofG.729,codingrateof8Kbps,andhasaveryhighvoiceQuality.Keywords:ITU-TG.729.AIPphoneencoder目录第一章引言......................................................11.1课题背景及意义...............................................11.2课题研究现状.................................................11.3研究内容.....................................................21.4论文组织方式.................................................2第二章G.729编解码器实现的关键技术..................................22.1G.729协议编解码算法介绍.....................................32.1.1G.729编码算法介绍......................................32.2G.729编解码器的实现关键技术.................................42.2.1ITU-TG.729.A编解码器实现的硬件平台...................42.2.2ITU-TG.729.A软件模块的设计...........................52.2.3ITU-TG.729.A标准在TMS320C6201上实现的关键技术.......6第三章需求分析......................................................73.1功能需求.....................................................73.2性能要求.....................................................7第四章概要设计......................................................94.1体系结构设计.................................................94.2数据结构设计.................................................9第五章详细设计.....................................................115.1系统功能模块设计............................................115.1.1音频输入输出的实现....................................125.1.2数据的压缩与排序......................................145.1.3传送和接收............................................165.2用户界面设计................................................18第六章测试及实现结果分析...........................................19结束语.............................................................19参考文献...........................................................20IP电话实时通信的实现第一章引言1第一章引言1.1课题背景及意义IP（InternetProtocol）电话是一种数字电话，是技术创新的一种通信服务业务。它把语音、压缩编码、打包分组、分配路由、存储交换、解包解压等交换处理在IP网或互联网上实现语音通信。它促进了网络资源利用，降低语音业务成本。因此在全球范围内得到了迅速的发展，。IP电话的产生Internet商业化以后，在全世界，特别是发达国家迅速发展起来。在一些国家（如美国）本地电话Internet接入采用包月制，不限时限量，因此Internet是近乎免费的（Free）的，人们都希望能通过这近乎免费的网络进行传统的电话和传真服务。1995年2月以色列VocalTec公司研制出可以通过Internet网打长途电话的软件产品InternetPhone。用户只要在多媒体PC机上安装该软件，就可以通过Internet网和任何地方安装同样软件的联机用户进行通话。这项技术上的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商机也使许多公司进行此项技术的研究，从而使IP电话技术得到迅速发展，人们把这种在Internet上实现电话业务称为Internet电话，应该说是IP电话的雏形。经过五年的发展，IP电话成为信息技术进步带来的一项新型电话业务在全世界开展，并对传统电话业务形成越来越大的威胁。IP电话从当初的PC到PC发展到今天的PC到PC、PC电话、电话到电话等多种业务形式，但不论是现在还是将来，IP电话可以说是当今世界上发展最快、普及最快的一门应用服务技术之一，也是计算机网络界关注的热点之一。1.2课题研究现状H.323是IP电话所遵循的标准，而H.323标准首选语音编码器是ITU-TG.729.A。ITU-TG.729.A标准采用一种称为共轭结构代数码本激励线性预测（ConjugateStructureAlgebraic-Code-ExcitedLinear-Prediction,CS-ACELP）算法来对语音信号进行编码。在开始编码之前，先要对输入的模拟信号进行电话带滤波，然后以8kHz频率对其进行采样，再将其转换为16位线性PCM码，作为编码器的输入。编码器处理语音的单位是帧，1帧为10毫秒语音，包括80个声音样本（采样频率为8kHz）。编码器对每一帧语音信号进行分析，抽取出其中的CPLD模型的参数（线性预测滤器参数），自适应和固定码本索引和增IP电话实时通信的实现第五章详细设计2益），对这些参数进行编码和传送。但是该编码器算法复杂，一帧语音处理延迟较大，很大程度上影响了IP电话网关处理密度。1.3研究内容G.729协议使用的算法是共轭结构的算术码本激励线性预测（CS-ACELP），它基于CELP编码模型。由于G.729编解码器具有很高的语音质量和很低的延时，被广泛地应用在数据通信的各个领域，如IPphone和H.323网上多媒体通信系统等20世纪90年代以来，以Internet为代表的计算机网络技术发展突飞猛进，促进了计算机网络在社会各个领域的广泛应用，而针对G.729的研究和优化一直从未停息。例如：为了提高IP电话网关的处理密度，在实现ITU-TG.729.A语音编解码器时，采用了目前性能最好的DSP，即TMS320C6201；针对TMS320C6201并行性和流水等特点，归纳出了一系列减少编解码器处理延迟的优化方法本文是基于G.729.A协议，采用C++语言实现实时通信，并未针对G.729.A协议进行有话改进，因为本人技术，只是领域达不到那么高的层次，在结果中会对本人基于G.729.A实现的实时通信和从网络上找到的基于TMS1.4论文组织方式首先，本论文从目前IP电话的产生开始，详细研究了本课题的背景以及意义，由于目前我国的通信分别掌控的移动，联通，电信三大巨头手中，而通信费用一直是国人所普遍关注的话题，虽然目前位置，通信费用有所改善，但依旧是一个令人无奈的地方，所以本人想就这个现状，深入了解IP电话的实现原理，实现机制，能够在未来开发属于自己的网络电话，做到真正的零费用。其次，在对本论文的背景有所了解的情况下，对本课题所必须的ITU-TG.729.A编解码器实现的关键技术进行了介绍，主要是G.729.A协议编解码算法介绍，G.729.A编解码器的实现。最后，在对所必须得基础知识有所了解的情况下，按照各模块的功能，分别详细介绍了各个功能的实现过程。第二章G.729编解码器实现的关键技术IP电话实时通信的实现第五章详细设计32.1G.729协议编解码算法介绍2.1.1G.729编码算法介绍电话线路上的模拟语音信号，经话路带宽滤波（符合ITU-TG.712建议）后