可视电话的设计与实现
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可视电话的设计与实现
李斌,贺德全 (四川工_啦学院电子信息与电气工程系,四川成都610039
摘要:依据ITU—T H 324建议标准,探讨可视电话系统的设计,介绍几种可视电话的实现方案。 关键词:H 324标准;音视频信号处理;可视电话系统 中围分类号:TN949.28 文献标识码:A 随着多媒体硬件、软件及传播技术的快速进步,使 得利用电话线传输视频图像成为可能。利用电话线或 网络线实瑗可视通话是多媒体通信技术的发展方向之 一。本文作者试图从国际标准出发,探讨可视电话系 统的实现方法。 1 H.324建议标准 为了实现不同国家或地区,不同生产厂家生产的 可视电视能够互相联通,国际电信联盟电信标准化部 门(ITu—T)于1996年4月通过了H.324低比特率 多媒体通信终端建议,从而为可视电话的研究和设计 提供了标准。 基于H.324标准的可视电话能够通过V.34调制 解调器,在公用电话网(PSTN)上实时传送语音、图像 和其它数据。H.324是一个建议集,包括下列相关建 议: 1.1视频H.263:低速率通信的视频缩解码器; 1.2音频G.723.1:5.3 Kb/s和6.3 Kb 多媒体 通信的双速率语音编码 1.3复用H.223:低速率多媒体通信复用协议; 1.4控制H.245:多媒体通信控制协议; 1.5 安全保密 H.233:视昕服务的安全系统; H.234:视昕服务的密钥管理和验 证系统。 其系统框图如图1所示。 2 可视电话系统的实现方式 根据应用场合的不同,可视电话终端的实现方式 目前主要有四类:NSP方式;DSP方式;专用芯片方 H_223 多路 复用, 解复用
罔铬 接口 FSTN罔
田l H.324标准系撬框田 式;专用处理器方式。 2.1 NSP方案 NSP方式的核心是增强主机功能,使CPU有更 多的空闲时间处理多媒体数据。采用该方式的可视电 话系统的性能取决于主机的总线传输速率,主处理芯 片的处理能力以及操作系统等因素。通常在NSP系 统中给PC机增加语音编码和图像处理芯片,使碍 CPU有更多空闲时间来执行DSP功能。 该方案的优点是硬件成本低,以软件开发为主,便 于扩展。缺点是在PC机上实时实现H.324很困难 (需要1000~l175MIPS),所以不得不降低图像质量 来换取实时性。该方法一般只能做到5~12帧/秒,而 随着带宽的增大,帧频的提高,NSP方式的局限性越 明显。 2.2 DSP方案 该方案以DSP芯片为主芯片,加上系统控制A— SIC(FPGA),视频获取芯片,AI)C和相应的接口。 DSP芯片的处理能力是该方式的关键。目前,TI公 啦到日期:2001-02.15 作者简卉:李斌(1958.),男.四川省成都市^ 四川工业学院电子信息与电气工程系副教授 硕士,主要研究方向为多煤体拄术和数宇通讯
亲 维普资讯 http://www.cqvip.com 56 四川1工业学院学报 2002矩 司的TMS320C80和TMS320C82具有这种处理能 力。TMS320C80可用于128 Kbits/s以上的视频会 议系统和可视电话终端,TMS320C82可用于128 Kbits/s视频会议系统和可视电话终端。新推出的 FMS320C6X和ADSP2116X系列以其超强的处理能 力,适用于这种用途。 DSP方式扩展性好.但需从低层开发,研制周期 长。 2.3专用芯片方案 使用专用芯片的优点是集成度高,系统结构紧凑, 价格低,但扩展l生差,适用于独立的可视电话机。 2.4专用处理器方案 该方案采用具有超强视频/音频处理能力的专用 处理器(如Lucent公司的AVP4400),充分利用PC 主控的灵活性,使得该方式可在不同应用场合下方便 地扩展,以满足ITu规定的多种视频会议系统标准和 可视电话终端的需要。如达到Tv图像质量的3O帧/ 秒,传输速率为1.5 Mbit/s的视频会议系统;帧频30 帧/秒,传输速率384 Kbit/s的基于ISDN的视频会议 系统;帧频1 5帧 ,传输速率28.8 Kblt/s的基于 PSTN的可视电话系统等。 3 基于PCI总线的可视电话系统 该系统采用了软硬件结合的方案,如图2所示 图像和话音编译码等硬件模块以PCI插卡的形式插 入PC机,在PC机的操作平台上工作。系统控制和数 据流的复分接等功能在PC机上用软件实现。这种设 计不仅简化了硬件结构,调试和检测较方便,而且增强 了系统控制的灵活性,用户可以通过PC机上的图形 界面对各功能模块进行控制,方便地选择自己满意的 系统参数。 氍 H 软『牛模块 l恒
; 一。一一…一一一一一一一一一Ll_——一掉t,l及通信l 出2基于 1 缦的一 辊电话系筑框I圭f 3.1视频信号的采集和处理 本系统选用带图像预处理功能的数字摄像头。例 如美国Omni Vision公司生产的OV6600,它可以直 接输出符合H.263建议格式的数字图像信号。它还 有1 c总线接121,系统可通过该接121对摄像头内部的 控制寄存器进行设置,从而实现对亮度、对比度、色饱 和度、7校正等参数的调整,以获得令人满意的视觉效 果。 考虑到PSTN线路的速率限制,图像可采用 QCIF格式。数字摄像头获取的QCIF图像逐帧送人 PCI卡上的图像编码器。 图像编码器可选用目前市场上已有的专用图像处 理芯片,例如美国ESS公司生产的ES3208。该芯片 从结构上看可分为两部分:视频控制(Video Con— trol1er)和视频处理(Video Processor)。VC的主体是 一个可编程的32位RISC处理器,可实现输入/输出、 时钟、中断和数据总线的管理,以及与VP之间的数据 交换。vP是一个可编程的高速数据处理器,使用一 套专用汇编语言指令集,以微码方式工作。 ES3208比一般的数字信号处理器更适合图像处 理。这是因为:vP的存储器的结构是二维平面型,与 图像数据(也是二维的)的格式相吻合,有利于快速寻 址;vP的运算器的并行处理能力很强,其64 bit加法 器能同时完成8 bit精度的加法运算,64 bit乘累加器 能同时完成4个16 bit精度的乘累加运算;此外,数据 的转移和读写也能与数据运算并行处理。 为了充分利用ES3208数据处理快的特点,可把 H.263建议算法中运算量较大的部分,例如DCT、ID— CT、运动矢量估算等模块编写成微码程序在vP中实 现。而把判断分支较多的模块,如P帧/I帧的选择. Huffman编译码等模块用c程序在VC中完成。 3.2话音的采集和处理 由麦克风(MIC)采集的话音信号,首先经A/I3变 换和PCM编码,然后再送人G 723.i编码器。这部 分话音预处理工作可选用DSP芯片来完成,例如美国 TI公司的TCM320AC37。其主要作用是以8KHz频 率对话音信号进行采样量化,然后按照G.71】标准把 量化后的信号编成16 bit线性PCM码,再送人 G.723.1编码器;同时把来自G.723.1解码器的16 bit线性PCM码转换成话音信号.再送至扬声器播 放 G 723.1为双速语音编码,它提供两种可选编码 速率——5.3Kb/s和6 3Kb&。用户可根据信道状 况,在任意两帧之间切换编码速率。G.723.1建议规 定每帧语音长度为240个样点.所占用时间为30 nls, 若再加上一些延时.G.723.1算法的延时可达37.5 ms。因此.在可视电话系统中需要加入自适应回声抵 消器,才能获得较高的听觉质量 G.723.1编译码可 采用ADSP一2100系列数字信号处理芯片.再配以
RAM和ROM、串行通信口、可编程定时器、主机接口 维普资讯 http://www.cqvip.com 第21卷第1期 李斌等:可视电话的设计与实现 57 等。 3.3软件模块 主控模块在整个系统中发挥控制作用。当系统启 动时,主控模块负责初始化系统中各软硬件模块。在 通信过程中,主控模块负责维护其它软硬件模块的正 常工作。主控模块通过PCI总线完成硬件与软件之 间的数据和控制信息的交换,协调各模块之间的相互 关系,完成进程调度管理等功能,通信结束后关闭所有 已打开的语音、图像通道; 系统初始化的具体步骤为:当MODEM开始数据 传输后,主控模块初化各内部变量,然后通过通信口向 对方发送同步标记以及H.245的各种消息,完成能力 交换,主从决定等,最后打开语音、图像通道。到此,初 始化结束,正式通信开始 数字视频信号经压缩编码处理后的输出速率不再 是固定的,而将随图像内容和编码算法中参数的不同 而变化。此外,信道的传输能力也不是固定不变的 为使二者平衡,可采用传输缓冲区控制和自适应量化, 通过改变量化级数的方法,使缓冲区达到某种动态平 衡,从而提高信道利用率,这正是视频控制模块所要完 成的工作,具体做法如下。 根据当前信道的传输能力,设置传输缓冲区占有 率的上下门限R…、R…。如果缓冲区中经压缩过的 图像码流占缓冲区总容量的比例大于R…则适当增 加量化步长;反之,如果小于R…,则适当减小量化步 长;如果在R…与R…之间,则维持步长不变。 为了加快显示速度,可采用Direct Draw技术,直 接对显卡编程来显示图像 另外,数据复分接模块需符合ITu—T H.223建 议标准。MODEM控制和通信模块处理MODEM的 各种消息和连接状态,井将H.223打包的数据经 RS232口送给MODEM发送,同时从通信口读人数 据.交给H.223解包。 参考文献 [1]ITU—T1996.Recommendation H 324 Terminal for low bit Tate multimedia communication S]. [2]ITu—T1996 Recommendation H 263.Video ̄ding for w bit rate communication【S] [3]ITu—T1997 Draft Recommendation G 723 1 Dual Tare speech coder for multimdia telec ̄mmtmieation[S: ・G・
Design and Realization of Video Phone LI Bing,HE De—quan (Dept of Electronic Information and Electrical Engineer[.g of 8[chuan University of Science and Technology.Chengdu 610039 Siehuan China Abstract:According to ITU—T.Reconlnlendation H.324 this paper discusses few cases of design and rea ization of video phone for low bit rate communication. ’ Key w0rds:Recommendation H.324;audi0/rid∞signM ̄,processing;vid∞ph0ne system
我院《高等教育研究》
获2001年度质量考评一等奖
2001年我院《高等教育研究》在成都市刊型内部资料质量标准和质量评估中获成都市新佩出版局“2001年度 内部期刊质量考评一等奖”。我院《高等教育研究》考评结果得分为95.5分。这次参与考评有64家期刊,经成都 市新闻出版局历时两个半月对全市刊型内部资料质量的综台考评,其中lO家期刊考评分在95.5分以上,其名单 有《成都政报》、《天府长安》、《成都教育》、《混凝土坝技术》、《政策与策略》、《川工高等教育研究》、《川铁政研》、《锦 江》、《社科论坛》、《蓉城文摘》期刊 学院对我院《高等教育研究》办刊人员给予嘉奖表彰。
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