数字对讲机的多媒体应用平台设计

黄鸿泰　王毅龙

摘 要：随着通信科技的迅猛发展，数字化通信系统以其优秀的性能在越来越多的应用中逐渐取代了传统的模拟通信系统，成为通信领域中主流发展方向。从整个移动通信的应用来划分，可分为公众移动通信和专业移动通信两大类，对讲机通信在专业移动通信中扮演着重要的角色，而目前在我国的对讲机市场中，数字对讲机也因为其高效的频谱资源利用率，良好的通信质量和保密性等特点而被越来越广泛地接受。针对采用开放式多媒体应用平台的数字对讲机，以LT1901A为核心处理器所具有的较强处理能力、较低功耗和较高性价比的特点，通过嵌入WiFi通信协议[1]、蓝牙通信协议[2]实现了基于WiFi无线网络和蓝牙技术的功能数字对讲，实现IP互通互联。因为双核处理器的选择对通信协议能做较好的兼容，使得升级空间增大。而声码器的应用有可选国产芯片的余地，此外由于LT1910A十分强大的功能，该平台还可以引入更多的应用，比如视频、娱乐、动画等功能提供了多媒体功能、并且可以起到改善人机界面并延长电池寿命的效果。

关键词：数字对讲 开放式 多媒体应用平台 WiFi技术 蓝牙技术

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0028-02

目前，从整个移动通信的应用来划分，可分为公众移动通信和专业移动通信两大类，其中公众移动通信就是社会上广大消费者正在使用的2G、3G、4G移动手机，它是为广大公众提供移动通信服务的，任何人都有权购买并享受其服务；而专业移动通信主要是为各行业、企业、团体提供内部专业通信服务的，其不承担公众普遍服务职能。在专业移动通信中，按网络容量从小到大，按网络功能从少到多，可分为公众对讲机、专业对讲机、无中心自集群系统、集群系统4类，这4类专业移动通信中，前3类都属于对讲机范畴，可见对讲机通信在专业移动通信中扮演着重要的角色。由于其具有自动组网、免费通信和高数据率等优点，正在使用的对讲机数量占专业移动通信终端总数80%以上，并仍将保持这种独特的优势且不断向前发展。

但是，目前市场上的大部分对讲机功能单一，常局限于对讲通话中，限制了其使用领域范围。与此同时，过度紧张的频谱资源也对对讲机的创新性和实用性提出了更高要求。故以LT1901A为核心处理器，构建了数字对讲机的开放式多媒体应用平台。通过嵌入WiFi通信协议、蓝牙通信协议实现了基于WiFi无线网络和蓝牙技术的功能数字对讲，实现IP互通互联。双核处理器的选择对通信协议能做较好的兼容，升级空间大。声码器的应用有可选国产芯片的余地，此外由于LT1910A的功能十分强大，该平台还可以引入更多的应用，比如视频、娱乐、动画等功能。

1 开放式多媒体应用平台的结构

开放式多媒体应用平台的设计结构如图1所示，主要包括LT1901A为双核处理器、射频模块、数模转换器、蓝牙模组、IP互联模组、声码器。

2 工作原理

发射时，由麦克接送进来的话音信号转为电信号，并经由数模转换器进行采样转换，然后将得到的数据通过声码器从而进行压缩处理，LT1901A双核处理器内所集成的高性能的DSP核ZSP540与ARM926EJ-S对压缩后的数据进行协议添加与控制的操作处理，从而最终形成了4FSK调制波形，而数模转换器又将改4FSK数字波形进行模拟化处理后对其进行射频调制，并将调频载波由天线发射出去。

接收时，射频模块对接收到的模拟信号进行解调处理操作，将接收到的模拟信号首先经过模数转换器的处理，而LT1901A双核处理器对接收到的数据进行信道解码和拆帧，然后再把得到的帧信号交由声码器进行解压，最终把解压得到的数据由数模转换器还原成为模拟语音信号。

3 LT1901A处理器

LT1901A是福建联拓科技有限公司自主研发的一款具有电源管理单元和音频解码器的基带芯片。LT1901A采用了高性能低功耗的混合信号技术。LT1901A采用双核架构，它集成了高性能的ARM926EJ-S，ZSP540 DSP核和已经得到的广泛应用的各种接口与外设，如可以支持USB2.0 HS，支持1个SDMMC卡接口，拥有一个NFC接口，可外接8/16bits NandFlash，能够实现数模兼容，并且能够通过软件无线电的方式支持多种数字对讲机标准模式和多种声码器模式，具有较强的处理能力、较低的功耗和较高的性价比。其中所集成的ARM926EJ-S是一款使用ARM9E核的综合处理器宏单元，是高性能、32位片上系统解决方案ARM9 Thumb家族中的一员；DSP内核用于完成数字信号的实时处理。

LT1901A内部的NFC模块是芯片中的设备接口时序控制器，用于实现与外部设备的数据交换。能够对NFC进行访问的主控单元为ARM、DMAC。其功能特点是：支持8位的NAND FLASH存储器接口；接口时序可通过寄存器参数设定；发送方向有16×16、接收方向上有16×16比特的FIFO作为缓冲；提供DMAC硬件握手，数据交换可通过DMAC自动完成；提供读写数据的1-bit ECC校验功能，可实现每512字节数据最大纠正1比特错，检测2比特错的功能。默认情况下，芯片支持1-bit ECC校验功能（可选）；提供读写数据的8-bit ECC校验功能，可实现每512字节数据最大纠正8比特错的功能（可选）；命令下发方式支持两种：一种是按命令字定义格式打包写到FIFO接口寄存器，另一种是直接将命令字写到特殊寄存器中。

LT1901A突破了数字对讲机的技术瓶颈，降低了设计门槛，而且与其设计套件具有多个应用目标市场，提供了多媒体功能、有效改善了人机界面并对电池寿命起到了延长的作用。我们以LT1901A为核心处理器，构建数字对讲机开放式多媒体应用平台。从中可以通过嵌入WiFi通信协议、蓝牙通信协议等方式来实现基于WiFi无线网络和蓝牙技术的功能基础上的数字对讲方案，以实现IP互通互联的效果功能。而且关于此双核处理器LT1901A的选择对所设计的通信协议起到了更好的兼容效果，从而使得后续的可升级空间和可维护性都大大增加，并且对声码器的应用支持有了可选国产芯片的余地，此外由于LT1910A的功能十分强大，我们的平台还可以引入更多的应用，比如视频、娱乐、动画等功能。

4 WiFi无线通信技术

WiFi部署区网（LAN）可让客户端设备无需使用电线，降低网络部署和扩充的成本。许多空间不能架设电缆，如户外区和历史建筑，可运用无线区网来改善。现在大多数笔记本电脑制造商已经内置无线网络设备。WiFi的价位持续下跌，使之渐渐普及，已成为企业普遍的基础设施。根据WiFi联盟指定，“WiFi认证”是向后兼容的。它指定一套全球统一标准：不同于移动电话，任何WiFi标准设备将在世界上任何地方正确运行。WiFi已在22万个以上公开热点和几千万户家庭、公司及世界各地的大学校园中使用。2010年，WiFi保护访问加密（WPA2）被认定安全，能让用户使用强大的密码。新协议的WiFi Multimedia（WMM）说明WiFi更适合于延迟敏感型应用（如语音和视频），此外，WMM的省电机制能提高电池效率。

设计中嵌入的WiFi无线通信协议能够完全兼容当前无线通信的3种主流标准：IEEE802.11b、IEEE802.11n、IEEE802.11g，其发射功率不超过100 mW。WiFi无线技术通过展频技术、扩频技术、调频技术使得数据传输过程能够更大程度上抗干扰，同时接收方对所收到数据进行的Error Checking（侦错）操作，确保了传输数据的正确性，若发现收到的数据中不符合侦错算法的内容，那么就会使用一定的措施来修复该错误，例如要求发送方重新发送被侦察到的错误位。收发双方每次接受通信前都会有3次“握手”的过程[3]，这3次“握手”可以保证传送数据的双方能在可靠的连接下进行通信，从而达到设备之间的互通性和资源共享。

5 蓝牙通信技术

蓝牙用于在不同的设备之间进行无线连接，例如连接计算机和外围设备，如：打印机、键盘等，又或让个人数码助理（PDA）与其它附近的PDA或计算机进行通信。具备蓝牙技术的手机可以连接到计算机、PDA甚至连接到免持听筒。事实上，根据已订立的标准，蓝牙可以支持功能更强的长距离通讯，用以构成无线局域网。每个Bluetooth设备可同时维护8个连接。可以将每个设备配置为不断向附近的设备声明其存在以便创建连接。另外也可以对两个设备之间的连接进行密码保护，以防止被其他设备接收。蓝牙的标准是IEEE 802.15.1，蓝牙协议工作在无需许可的ISM（Industrial Scientific Medical）频段的2.45 GHz。最高速度可达723.1 KB/s。为了避免干扰可能使用2.45 GHz的其它协议，蓝牙协议将该频段划分成79频道，带宽为1 MHz）每秒的频道转换可达1600次。

蓝牙无线通信以时分双工传输方案实现全双工数据传输，工作在2.4 GHz的频段，具备低功耗、高灵活性、强可靠性等优势。该技术利用快速确认和调频方案确保了链路的稳定，其采用的调频技术中基于“伪随机码”的快速信道跳变使得蓝牙的稳定能够优于其他系统。与此同时，FEC（Forward Error Correction，前向纠错）技术[4]抑制了长距离链路的随机噪声，使得数据传输过程更加可靠和更加稳定。基于蓝牙技术的无线发射机采用FM调制方式，也降低了设备的复杂性，其数据传输过程采用数据包的形式按一定时隙传送。

6 声码器的选择

声码器的优点是数码率低，因而适合于窄带、昂贵和劣质信道条件下的数字电话通信，能满足节约频带、节省功率和抗干扰编码的要求。低数码率对话音存储和话音加密处理也都很有利。声码器的缺点是音质不如普通数字电话好，而且工作过程较复杂，造价较高。现代声码器主要用于军队、政府以及那些值得付出代价以换取通信安全（保密）的场合。随着对人类发声机构和听觉机理的深入研究以及计算机技术和大规模集成电路的发展，声码器的音质和设备小型化将不断得到改进，并将在数字通信中得到更广泛的应用。

现有的数字对讲设备方案中声码器采用硬件（固件）模块加入模式，一旦要更换声码器整个硬件系统都要重新设计或者重新架构软件版本，增加了开发周期，不利于系统的更新换代，可扩展性差，我们的平台可支持多种声码器模式，并将声码器移植到处理器当中，可在原有硬件基础上随时更换声码器版本，有利于生产厂家对产品的更新换代，可以大大缩短产品的上市周期。

7 开放式多媒体应用平台的技术优势

双核处理器方案，可以减小系统体积，降低电路的复杂性，对通信协议能做较好的兼容，升级空间大，且LT1901A集成了高性能的ARM926EJ-S，ZSP540 DSP核，适配各种接口与外设，具有较强的处理能力、较低的功耗和较高的性价比。

IP互联互通，即采用WiFi技术、蓝牙技术与互联网技术实现真正意义的网络化的中继和集群功能。

独特的数字语音加密算法让无线语音通信更加的安全。

高效的抗干扰技术。利用语音去噪算法和语音增强技术，使处于复杂噪声干扰环境下的数字对讲设备具有优质的语音传输质量。

声码器的应用有可选国产芯片的余地。

该平台还可以引入更多的应用，比如视频、娱乐、动画等功能。

8 结语

该文实现了一种数字对讲机的开放式多媒体应用平台设计。多媒体应用平台的设计主要是以双核处理器LT1901A为核心处理器具体实现的。同时本多媒体应用平台还具有WiFi/蓝牙、IP互联功能，突出了高端通信的特色，与互联网技术实现了真正意义的网络化。声码器可选国产芯片的余地，大大降低了平台设计开发成本，而且本平台可增加多应用的引用，比如视频、动画、娱乐等功能的加入，使得本平台的应用范围更为广泛，而且对平台后期的可升级性与可维护性都是做了充足有利的基础准备，有助于推动对讲机行业的升级换代和可持续发展。

参考文献

[1] 张鑫锋.嵌入式多媒体终端的WIFI功能研究与设计[D].上海：华东师范大学，2009.

[2] 喻宗泉.蓝牙技术基础[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3] 温晓军，文光斌.基于IEEE802.11标准的无线局域网组网方案[J].计算机应用研究，2002（3）：120-122.

[4] 陈灿峰.低功耗蓝牙技术原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.