實(shí)用以太網(wǎng)電話機(jī)

1、實(shí)用以太網(wǎng)電話機(jī)有用以太網(wǎng)電話機(jī)的設(shè)計(jì)目的，是希翼用撥打傳統(tǒng)電話的辦法在以太網(wǎng)上舉行電話交換，而網(wǎng)絡(luò)上不增添任何的網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、多點(diǎn)控制單元等設(shè)備。 這樣，只要把以太網(wǎng)電話機(jī)通過(guò)rj45插口接入以太網(wǎng)，就可以撥號(hào)呼叫在同一網(wǎng)絡(luò)上的另一臺(tái)以太網(wǎng)電話機(jī)并舉行雙向通話。因?yàn)殡娫捳Z(yǔ)音數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)專用設(shè)備的處理挺直發(fā)給對(duì)方，還可縮短語(yǔ)音的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲時(shí)光。以太網(wǎng)電話機(jī)成本低廉，用法便利，通話免費(fèi)，適合已建有局域網(wǎng)的中小型企事業(yè)單位應(yīng)用。目前的許多商品化voip系統(tǒng)，其技術(shù)建立在itu（國(guó)際電信聯(lián)盟）的h.323系列標(biāo)準(zhǔn)或ietf（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）制訂的sip協(xié)議基礎(chǔ)上。這些voip系統(tǒng)功能強(qiáng)大、互聯(lián)

2、性能好，適用于電信服務(wù)或大中型企業(yè)用法，但四平八穩(wěn)的標(biāo)準(zhǔn)體系和昂貴的專用設(shè)備價(jià)格使這些系統(tǒng)在一般的局域網(wǎng)中難以得到普遍應(yīng)用。而流行的pc機(jī)語(yǔ)音談天或語(yǔ)音會(huì)議技術(shù)，則必需要有pc機(jī)來(lái)起到網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音終端的作用，明顯不如用法電話機(jī)便利和經(jīng)濟(jì)。以太網(wǎng)電話機(jī)的話音傳輸和交換技術(shù)挺直基于tcp/ip協(xié)議的底層協(xié)議，使得語(yǔ)音信號(hào)能夠以u(píng)dp數(shù)據(jù)包的形式在網(wǎng)絡(luò)上暢通傳輸；而上層應(yīng)用協(xié)議則模仿傳統(tǒng)電話機(jī)的用法模式來(lái)建立，所以以太網(wǎng)電話機(jī)的用法辦法徹低和一般電話機(jī)一樣。從原理上來(lái)講，以太網(wǎng)電話機(jī)類似于peer to peer的pc機(jī)語(yǔ)音技術(shù)，但以太網(wǎng)電話機(jī)采納了計(jì)算機(jī)技術(shù)，所有（含固化軟件）都可以安裝在一般電話機(jī)的

3、機(jī)殼內(nèi)，成本低、性能牢靠、有用性強(qiáng)。硬件計(jì)劃為了降低成本和縮小印刷電路板的尺寸，以太網(wǎng)電話機(jī)采納基于sopc（system on programmable chip）技術(shù)的硬件計(jì)劃，把32位嵌入式nios ii處理器和數(shù)字語(yǔ)音處理電路及有關(guān)的控制規(guī)律電路用一片芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，只要在fpga片外再配上存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)芯片、語(yǔ)音編解碼（codec）芯片、語(yǔ)音收發(fā)及一些接口電路就可以構(gòu)勝利能齊全的以太網(wǎng)電話機(jī)。整機(jī)框圖見圖1，其中粗線框里的電路功能所有由公司的cyclone系列fpga 芯片ep1c6q240來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1 以太網(wǎng)電話機(jī)框圖處理器及存儲(chǔ)器處理器采納altera公司在sopc builde

4、r軟件中提供的nios ii 軟核處理器。處理器外接8mbyte的flash ram作為程序存儲(chǔ)器，16mbyte的sdram作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器均留有很大的余量，便于以后產(chǎn)品升級(jí)。選定處理器后，在sopc builder 軟件中，可以添加存儲(chǔ)器接口、網(wǎng)絡(luò)接口、定時(shí)器、i/o接口、uart接口等，分配地址，設(shè)置中斷等級(jí)。網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口芯片采納smsc公司的lan91c111芯片，可自適應(yīng)工作于10m/100m兩種速率的以太網(wǎng)。采納該芯片的主要緣由是nios ii軟件的ide（集成開發(fā)環(huán)境）對(duì)其提供了較完美的支持，可縮短開發(fā)時(shí)光。也可選用其它網(wǎng)絡(luò)接口芯片以進(jìn)一步降低成本。語(yǔ)音編和語(yǔ)音放大器語(yǔ)

5、音編解碼器選用ns公司的四路pcm codec芯片tp3094，可同時(shí)舉行四路全雙工話音的g.711編解碼。四路語(yǔ)音是為以后的特別應(yīng)用留余地，假如只需一路話音，可選用該公司的tp3057芯片。語(yǔ)音放大器分為發(fā)送放大器和接收放大器。發(fā)送語(yǔ)音放大器選用公司的話筒放大器專用芯片max4060，能夠適應(yīng)平衡和差分兩種話筒信號(hào)輸入方式，抗噪能力強(qiáng)，功耗低。接收放大器采納一般的lm386芯片，成本低廉，性能牢靠。值得指出的是，以太網(wǎng)電話機(jī)與傳統(tǒng)的二線制電話機(jī)不同，因?yàn)槭瞻l(fā)信道分開，不存在“回聲”問(wèn)題，不會(huì)因?yàn)槭瞻l(fā)電信號(hào)串?dāng)_而引起嘯叫（聲信號(hào)反饋造成的嘯叫另當(dāng)別論）。因此，可以用法較大功率的放大器來(lái)輸出接收

6、到的信號(hào)。本設(shè)計(jì)用法lm386做放大器，除了能夠用揚(yáng)聲器輸出比一般免提電話機(jī)嘹亮和保真得多的語(yǔ)音外，振鈴聲也可用同一個(gè)揚(yáng)聲器輸出，省去了振鈴蜂鳴器。數(shù)字語(yǔ)音處理電路圖1中，fpga芯片內(nèi)的資源除構(gòu)建nios ii軟核處理器外，主要用于數(shù)字語(yǔ)音處理，這是本設(shè)計(jì)的重要特色。由硬件電路并行處理收發(fā)語(yǔ)音，可以大幅度地分擔(dān)處理器的工作，又避開了在用法一般的嵌入式處理器時(shí)再外加一片fpga。因?yàn)閺?qiáng)實(shí)時(shí)性的語(yǔ)音處理工作由硬件擔(dān)當(dāng)，nios ii處理器及相應(yīng)軟件可專注于系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解析，增進(jìn)了軟件效率。這一點(diǎn)是保證以太網(wǎng)電話機(jī)聲音質(zhì)量的關(guān)鍵。數(shù)字語(yǔ)音處理電路主要完成以下工作：* pcm時(shí)序控制* 信號(hào)音

7、編碼輸出* 發(fā)送語(yǔ)音緩存* 發(fā)送語(yǔ)音靜音控制* 接收語(yǔ)音緩存* 振鈴信號(hào)輸出其它接口電路除上述電路以外， fpga芯片內(nèi)還構(gòu)建了以下一些須要的接口電路：* 叉簧開關(guān)接口* 撥號(hào)鍵盤接口* 接口* rs232接口* 配置電路和as接口* jtag接口軟件計(jì)劃因?yàn)椴杉{了fpga芯片，大量的信號(hào)處理工作已由硬件完成，因此以太網(wǎng)電話機(jī)的軟件相對(duì)較為容易。整機(jī)軟件由嵌入式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和電話應(yīng)用軟件三部分組成。嵌入式操作系統(tǒng)出于成本考慮，以太網(wǎng)電話機(jī)挑選用法“開源”嵌入式操作系統(tǒng)c/os ii。因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字處理過(guò)程基本已由fpga硬件完成，操作系統(tǒng)主要起控制和管理作用，所以用法c/os i

8、i徹低能夠勝任。c/os ii無(wú)內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，在應(yīng)用時(shí)要另行移植tcp/ip網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議到c/os ii操作系統(tǒng)中。lwip網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以太網(wǎng)電話機(jī)必需采用通用的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，即tcp/ip協(xié)議。這是以太網(wǎng)電話機(jī)能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電話通信的關(guān)鍵軟件。經(jīng)討論，挑選了lwip來(lái)實(shí)現(xiàn)tcp/ip通信。lwip具有很好的兼容性，略微修改后即可移植到c/os ii操作系統(tǒng)中并置于c/os ii的管理和控制之下。在本項(xiàng)目舉行時(shí)，lwip協(xié)議棧還沒有被加入到altera公司的官方軟件中。但目前altera公司已經(jīng)把它集成到其ide里，最常用和最重要的tcp、ip、udp、arp、dhcp等協(xié)議均已得到

9、支持，用法更為便利。電話應(yīng)用軟件傳統(tǒng)的電話機(jī)自身無(wú)需任何軟件即可工作，其信令傳輸、信號(hào)音和話音的接續(xù)、交換依靠于程控交換機(jī)端的軟件來(lái)檢測(cè)和控制。以太網(wǎng)電話機(jī)由于不要求網(wǎng)絡(luò)端提供額外設(shè)備，所以這些功能都要由電話機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從一定意義上來(lái)講，是把程控交換機(jī)的功能簇?fù)淼礁鱾€(gè)電話機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，以太網(wǎng)電話機(jī)的應(yīng)用軟件非常類似于小程控交換機(jī)的軟件，主要有檢測(cè)摘掛機(jī)狀態(tài)、啟閉各種信號(hào)音、檢測(cè)撥號(hào)信息、向被叫送振鈴信息、和被叫交換語(yǔ)音數(shù)據(jù)等。以太網(wǎng)電話機(jī)的工作過(guò)程本以太網(wǎng)電話機(jī)制作并調(diào)試完成后，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)電話交換的功能，音質(zhì)優(yōu)良，感覺不出噪聲和延時(shí)，而且沒有回聲。電話機(jī)上電后，fpga首先自動(dòng)從epcs4芯片

10、處取得配置數(shù)據(jù)，完成對(duì)fpga芯片的規(guī)律編程，構(gòu)建成片內(nèi)nios ii處理器、硬件外設(shè)接口電路和數(shù)字語(yǔ)音處理等規(guī)律電路。接著，以太網(wǎng)電話機(jī)啟動(dòng)初始化程序，完成對(duì)硬件的初始化檢測(cè)、硬件外圍設(shè)備工作狀態(tài)的設(shè)定，自動(dòng)把放置在flash ram中的應(yīng)用程序加載到sdram中。然后，以太網(wǎng)電話機(jī)轉(zhuǎn)入電話應(yīng)用程序，監(jiān)測(cè)本機(jī)的摘掛機(jī)狀態(tài)和來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的其它電話機(jī)呼叫信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到本機(jī)摘機(jī)后，以太網(wǎng)電話機(jī)給本機(jī)送撥號(hào)音，隨即監(jiān)測(cè)來(lái)自撥號(hào)鍵盤的信息。收到正確的撥號(hào)信息后，電話機(jī)查找存儲(chǔ)的“號(hào)碼ip地址”對(duì)比表，向被叫用戶發(fā)送呼叫信息。假如撥號(hào)有誤，電話機(jī)發(fā)忙音，提醒用戶掛機(jī)。被叫收到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)上主叫電話機(jī)的呼叫后，假

11、如原處于摘機(jī)或振鈴狀態(tài)，則向主叫返回“忙”信息，主叫收到后結(jié)束呼叫，向本機(jī)送忙音。假如被叫處于掛機(jī)又不振鈴狀態(tài)，則向主叫返回“閑”信息。主叫收到被叫的“閑”信息后，向本機(jī)送回鈴音，同時(shí)向被叫發(fā)“振鈴”信息。被叫收到“振鈴”信息后，電話機(jī)振鈴，振鈴音和主叫的回鈴音同步。一旦被叫摘機(jī)，立刻停止振鈴，發(fā)“通話”信息給主叫。主叫收到“通話”信息后停送本機(jī)回鈴音，返回“通話”信息給被叫，雙方進(jìn)入通話狀態(tài)。通話過(guò)程中，主、被叫發(fā)送各自的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包給對(duì)方，同時(shí)接收對(duì)方發(fā)來(lái)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包。在此期間，兩電話機(jī)隨時(shí)檢測(cè)本機(jī)的摘掛機(jī)狀態(tài)。任何一方電話機(jī)掛機(jī)后，停送語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，向?qū)Ψ桨l(fā)“結(jié)束”信號(hào)。對(duì)方收到“結(jié)束”信號(hào)后，亦停送語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，向本機(jī)送忙音，提醒用戶掛機(jī)。結(jié)語(yǔ)以太網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)已非常普及，有了以太網(wǎng)電話機(jī)，只要把電話機(jī)往網(wǎng)絡(luò)上一接，就能給網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)內(nèi)線電話的功能。而因?yàn)橐蕴W(wǎng)接入廣域網(wǎng)的技術(shù)非常成熟，只要再開發(fā)相應(yīng)的軟件，通過(guò)以太網(wǎng)電話機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間電話通信也是可能的。本文雖然只以最一般的雙方通話