【2024 DigiKey创意大赛】基于Linux系统的远程实时语音对讲系统

小麦克 · 发表于2024-10-31 09:05

【2024 DigiKey创意大赛】基于Linux系统的远程实时语音对讲系统 [复制链接]

# 基于Linux系统的远程实时语音对讲系统
作者：小麦克

## 一、作品简介

本系统基于NXP最新的iMX93芯片和配套的Linux 6.6.23操作系统，旨在实现高效、实时的远程语音对讲功能。系统利用PJSIP协议栈，通过以太网进行语音数据的实时传输，以确保低延迟和高质量的语音通话体验。
在硬件方面，系统主要采用以太网LAN8841芯片负责网络连接，LAN8841具有出色的网络性能和稳定性。同时，语音芯片VK419则承担着语音信号的处理功能，支持高质量的音频编解码，为用户提供清晰、自然的语音交流效果。
尽管NXP IMX93配套的Linux系统并未支持LAN8841和VK419芯片，但我通过手动移植驱动程序并进行调试，实现了对这两种芯片的成功支持。这个过程中让我深入学习了嵌入式驱动开发相关技能，为后面的开发打下了坚实的基础。
该远程语音对讲系统广泛应用于家庭、办公室以及各种远程通信场所，具备良好的扩展性和适应性，满足不同场景下的语音交互需求。
实物图如下：核心板使用的是正点原子的

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## 二、系统框图

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以上框图画的比较全面，由于时间原因，本次参赛只做了其中语音对讲部分。
本系统的设计思路旨在结合高性能硬件与灵活的软件架构，以实现一个可靠、高效的远程实时语音对讲解决方案。具体设计思路如下：

### 1. 硬件选择与集成

IMX93芯片：选择NXP IMX93芯片作为系统的核心处理器，利用其强大的处理能力和丰富的外设接口，以支持复杂的语音处理和网络通信。
LAN8841以太网芯片：为了实现稳定的网络连接，选择LAN8841以太网芯片。该芯片的高效性和稳定性确保了数据传输的实时性。
VK419语音芯片：使用VK419语音芯片作为音频处理单元，实现语音信号的高质量编解码和处理。

### 2. 软件架构设计

操作系统：基于Linux的开放性和灵活性，使系统能够更好地支持各种网络和音频处理需求。
驱动移植：为了支持LAN8841和VK419芯片，手动移植必要的驱动程序，并针对特定硬件进行调试，确保其在Linux环境下的稳定运行。
通信协议：采用PJSIP作为协议栈，利用其成熟的SIP协议特性实现音频数据的实时传输和管理，从而保证低延迟的语音通话体验。

### 3. 功能模块设计

语音处理模块：负责音频的采集、编码、解码和播放，确保用户之间的语音交流清晰、流畅。
网络通信模块：负责数据包的交换和管理，实现跨网络区域的实时连接。

## 三、各部分功能说明

### 1. 硬件设计

以太网LAN8841原理图设计

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音频芯片AK4619原理图设计

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iMX93启动配置和调试串口

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### 2. 软件设计

u-boot和Linux内核在NXP官方6.6.23基础上进行修改。
文件系统使用Buildroot构建，选择添加了libpjsip2.14等包。
应用层采用C++编写。
源代码都打包上传了，这里就不单独拷贝了。

## 四、作品源码

源码已上传到网站
PCB：https://download.eeworld.com.cn/detail/%E5%B0%8F%E9%BA%A6%E5%85%8B/634854
Linux：https://download.eeworld.com.cn/detail/%E5%B0%8F%E9%BA%A6%E5%85%8B/634853
Buildroot：https://download.eeworld.com.cn/detail/%E5%B0%8F%E9%BA%A6%E5%85%8B/634852

## 五、作品功能演示视频

## 六、项目总结

本项目旨在开发一套基于NXP IMX93芯片和Linux操作系统的远程实时语音对讲系统。通过系统集成和技术创新，成功实现了语音通信解决方案。

### 1. 项目目标与实现

本项目的核心目标是设计一款能够在网络环境中实现实时语音对讲的系统。项目实施过程中，考虑了以下几个方面：
硬件选择：通过选用IMX93芯片作为核心处理单元，结合LAN8841以太网芯片和VK419语音芯片，实现了系统的性能和功能需求。
驱动移植与调试：由于NXP IMX93的Linux系统原生不支持LAN8841和VK419，我们手动移植了驱动程序，并经过细致调试，使其在Linux环境中的稳定运行成为可能。
软件架构：采用灵活的PJSIP协议栈处理语音数据，以确保低延迟和高质量的通话体验，构建了系统的核心功能模块。

### 2. 未来展望

虽然本项目已成功完成系统设计与实现，但仍有进一步优化与扩展的机会：
功能扩展：未来可以考虑增加更多的功能，如视频对讲、录音回放等，提升用户的使用体验。
性能优化：在今后的版本中，持续关注系统性能，特别是在多用户同时使用的情况下，优化网络负载与语音质量。

## 七、结语

基于Linux系统的远程实时语音对讲系统项目的成功实施，期待后续能在此基础上，继续深化技术应用与创新。

小麦克 · 发表于2024-10-31 11:25

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