半導體業的發展，特別是信號處理器和網絡處理器的發展，為高密度電信級分組語音(Voice Over Packet, VoP)媒體網關處理語音等多媒體信號帶來很多便利。由于VoP電話具有投資少，維護費用低，能兼容數據業務等許多優勢，因此近年來越來越多的電信運營商開始將注意力投向VoP應用這一領域。在VoP網絡中，承載語音的數據網絡已不是電路交換網，而是IP網，或ATM，幀中繼等分組網絡，于是VoP媒體網關應運而生。
以往VoP網關系統的實現大都由工控機、語音處理卡和網絡鏈路卡構成，這種工控機處理能力相當有限，一般只能處理幾十個話路，遠不能滿足組建大型電信級電話網的需要。為了組建大規模的下一代電話網絡，設備制造商需要研制電信級VoP高密度媒體網關。它負責PSTN／ISDN的C4或C5的匯接，將其接入到ATM或IP網絡，主要實現VoATM或VoIP功能。
圖1：高密度媒體網關基本系統架構。
高密度媒體網關系統基本結構
簡單來說，電信級媒體網關可以分為兩種：接入網關和中繼網關。它們將代替5類和4類交換機。接入網關提供了傳統接入設備和VoP網絡之間的主要通訊，從功能上來講，類似于5類交換機，它必須支持傳統的POTS接入、非數字的PBX接入以及ISDN的BRI和PRI接入。中繼網關提供PSTN和VoP核心網之間的一種通訊功能，它主要完成語音信號在不同網絡之間傳輸的轉換工作。無論是接入網關還是中繼網關，其處理的媒體流除了語音之外，還包括MODEM和FAX信號，這些都是傳統電話網絡的基本業務。
圖1所示高密度媒體網關的主要組成部分：系統控制器、PSTN接口模塊、TDM交換模塊、媒體信號處理模塊和數據網絡接口模塊。系統控制器負責整個系統的管理、配置和呼叫控制。PSTN接口模塊提供與PSTN網絡的接口，接入網關常用的接口包括POTS和PBX接口，中繼網關常用的接口包括T1/E1、DS3和OC-3。TDM交換模塊負責TDM流的分配。語音信號處理模塊負責媒體信號的處理和轉換工作。數據網絡接口模塊提供與包交換網絡的接口。目前應用多的是ATM網和IP網，絕大多數網關設備都提供這兩種網絡接口，常見的包接口有OC-n(OC-3，OC12等)、POS、100BaseT和千兆以太網接口。
圖2：TNETV3010芯片結構。
媒體信號處理系統主要包括DSP和匯聚器(Aggregator)，如圖1中的虛線部分所示。DSP完成不同網絡之間的多種媒體信號轉換工作。由于電信級媒體網關容量比較大，每個系統都需要許多DSP，因此匯聚器是必需的。匯聚器主要有以下功能：匯聚來自多個DSP產生的數據包，然后集中傳輸到下一模塊；在相反方向，它把從分組交換網絡上傳遞來的數據包路由到合適的DSP上；有些DSP的接口不標準，引入匯聚器則可以向外界提供一個標準接口，這一點在背板系統中尤其有用；在某些應用中，它還可以提供包過濾、網絡管理等功能。匯聚器可以是專用芯片，如以太網交換芯片、通用處理器或小型的網絡處理器，也可以是帶有匯聚邏輯的ASIC、FPGA或PLD等邏輯器件。匯聚器的選擇和設計由模塊接口、數據流帶寬及包處理等幾方面因素決定。
媒體信號處理系統基本要求
1. 必須能夠支持傳統PSTN網絡的所有基本業務
媒體網關的一個重要使命就是使PSTN網平滑過渡到下一代語音網絡，這就要求網關的信號處理系統能處理現有PSTN中所有基本的媒體信號，如語音、MODEM和FAX信號，甚至信令信號，如CAS等。PSTN功能的仿真和模擬是媒體網關的基本功能特征。
圖 3：TNETV3010 VoP模塊系統結構。
2. 必須保證語音等業務質量達到電信級要求
電路交換網特有的可靠性和低時延保證了傳統電話的語音質量，因此用戶自然希望新一代網絡依然具有高質量的語音。然而分組網絡，尤其是IP網絡主要是用來傳輸數據業務，采用的是盡力而為的、無連接的技術，因此沒有服務質量保證(QoS)，存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。
數據業務對此要求不高，但話音屬于實時業務，對時序、時延等有嚴格的要求。因此網關的媒體信號處理必須采取特殊措施以保障一定的業務質量，否則用戶難以接受VoP電話。為了達到這一目的，一些特定功能，如多電話音處理、語音活動檢測、回聲消除等就應運而生，缺少任何環節，都會導致語音質量的下降。此外，MODEM和FAX的兼容性也是考核網關業務性能的重要指標。
圖 4：TNETV3010語音通道。
3. 必須達到電信級可靠性要求
任何電信級設備的可靠性要求都很高，即所謂的五個九要求(99.999%)，媒體網關也不例外。作為媒體網關的核心，信號處理系統的可靠性直接決定了整個設備的可靠性。為了提高系統的可靠性，設計者常常采用冗余備份的方法，與信令相關的部分采用1加1備份，對于那些純媒體流處理的模塊采用N加1備份。
4. 具備較強的可擴展性和靈活性
運營商建設下一代語音網絡的先決條件是VoP網絡能否擴展為大型的語音網。可擴展性是指媒體網關在不損傷語音質量的前提下能否支持非常大的語音流量。為了適應這種密度需求，單一的系統通常必須支持幾千路的語音通道。這種高密度需求對設備的供電、散熱和體積提出了高要求。作為網關的核心芯片，DSP的平均每通道面積和功耗就顯得尤其重要。
圖 5：TNETV3010 FoP傳真通道。
另外，大容量的媒體網關信號處理系統往往都十分復雜，開發設計周期比較長，投資大，所以設備制造商在設計系統時通常都要考慮通用平臺設計，即在同一個平臺中盡可能支持多種業務，這里所指的平臺包括硬件和軟件平臺。舉例來說,用于有線網絡的信號處理系統可以通過適當的軟件升級,支持無線業務。DSP的性能和存儲空間的大小決定了其應用靈活性的程度。
基于TNETV3010的信號處理系統設計
隨著VoP業務的興起，無論是業務運營商、設備制造商還是芯片供應商都看到了其孕育的巨大商機。現在許多DSP廠商都推出了專門用于高密度VoP的數字信號處理器。
德州儀器(TI)在2003年正式推出了基于TNETV3010的高密度VoP解決方案。 單片TNETV3010集成了六個C55x核(如圖2所示),不同DSP核之間通過內部獨特的交換平臺進行數據通訊，所以這是一種扁平化結構，使編程大為簡化，而且可以繼承以前單核C55x成熟的應用程序，可大幅縮短開發時間。每個核都有自己獨立的內存塊，在程序空間方面，針對VoP應用，擴大了片內存儲空間，因此無需外置存儲器。
圖 6：TNETV3010信令通道。
依靠C55x 核強有力的并行特性，TNETV3010的處理能力非常強大,單片能支持192路電信級的PCM語音通道，或96路低比特率通道，全負載運行時的功耗小于1瓦，平均每PCM通道功耗小于5毫瓦。此外，TNETV3010的封裝面積很小，僅為16mm x 16mm。因此，TNETV3010非常適于高密度網關應用。
TNETV3010 VoP模塊系統結構
圖3給出了基于TNETV3010的媒體信號處理系統結構。其中，TNETV3010負責語音等信號處理，UL2-(r)MII FPGA負責數據包格式的轉換和路由。對使用者而言，控制流和數據流是分離的。HOST可以很方便地通過以太網接口和信號處理模塊進行通訊。HOST與DSP之間無直接接口，兩者之間所有的通訊都通過UL2-MII FPGA，這在很大程度上簡化了設計。FPGA的所有設計代碼都由TI提供。
除了UL2-(r)MII FPGA作為匯聚器外，TI與Wintegra公司還共同推出一種為高密度VoP設備而設計的新型集成參考架構。該參考架構將WinPath網絡處理器集成到基于TNETV3010的高密度網關解決方案中，從而提供了一種靈活、可擴展的解決方案。TNETV3010支持參考架構中的語音處理功能，包括符合G.168-2000標準帶128ms波尾的回波消除、語音檢測與生成、音頻轉碼及完整的VoP分組/單元封裝。WinPath從TNETV3010獲得了完整的分組/單元，并提供了單元、分組及AAL2 CID(ATM自適應第二層配置安裝及分布)交換、L2-L7分類、AAL2 CPS(每秒字符)打包及拆包、協議互操作以及流量管理。
TNETV3010媒體信號處理過程
TNETV3010在硬件上采用先進的C55x多核結構，在軟件設計方面采用了業界的成熟的Telogy VoP軟件，兩者結合在一起使TNETV3010成為一個真正的電信級高密度VoP解決方案。從業務功能來分，整個TNETV3010的媒體信號處理過程可分為，語音處理、傳真/MODEM處理和信令處理。
圖4所示TNETV3010語音處理過程，它涵蓋了全部語音處理的基本模塊。一個VoP通道由兩部分組成：TDM語音處理部分和分組語音處理部分，連接這兩者的是會議橋模塊。這是一種高度模塊化設計，可以很方便地進行TDM側之間、分組網絡側之間和TDM與分組網絡之間的語音通訊。重要的模塊包括回聲消除模塊、會議橋和編解碼模塊等。
圖7: HOST軟件結構。
圖5所示TNETV3010傳真處理過程，它主要由T.30和T.38兩個模塊組成。T.30主要完成本地傳真機的端接，而T.38主要完成傳真在分組網絡中的傳輸。經過十年的錘煉，Telogy的FoP通道能和絕大部分傳真機真正做到互連互通。
圖6所示TNETV3010的信令處理過程。這個信令通道能完成全部的CAS 信令處理和部分的CCS信令處理。值得注意的是，許多其他DSP不具備同時處理語音和信令的功能，這就限制了其應用場合。而TNETV3010的這一特性能使其靈活地應用于接入和中繼網關。
HOST 軟件設計
整個TNETV3010媒體信號處理軟件系統,除了DSP側的軟件外,還包括HOST側的整套控制模塊。圖7是高密度網關中媒體處理板的HOST CPU典型的軟件結構圖。其中，TI提供了所有與媒體處理相關的模塊和接口，包括媒體處理資源管理模塊、DSP處理控制模塊、數據路徑配置模塊、底層通訊模塊和整套與應用程序相連的API。這些軟件模塊不是參考程序，而是真正的交鑰匙(Turn-Key)軟件，TI保證其所有代碼的正確性和有效性。系統集成者無須開發額外的代碼，所需寫的僅僅是應用適配層。因此，TNETV3010方案軟件集成非常簡單。
下面簡單介紹各個模塊的功能：
1. 媒體處理資源管理模塊。負責所有媒體處理資源的分配和管理，如DSP及其的通道分配，DSP實時資源監控，DSP的IMAGE管理等。
2. DSP控制模塊。負責對具體的語音，傳真/MODEM和信令處理通道的全部操作，如創建和關閉通道，通道的參數配置，通道上報事件的處理等。
3. 數據路徑配置模塊。負責媒體數據包的傳輸路徑管理及配置，如路徑的建立和關閉，內部路由表的配置，包頭的設置等。
4. 底層通訊模塊。提供了上層消息流與底層硬件驅動之間的接口。