基于局域网的IP电话终端系统

第５卷第３期　２００６年９月　宁夏工程技术　Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．５　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２００６　文章编号：１６７１—７２４４（２００６）０３—０２６５—０３　基于局域网的ＩＰ电话终端系统　车摘进，　杨泽林，　孙学宏　（宁夏大学物理电气信息学院、宁夏银川　７５００２１）　要：在分析ＩＰ电话工作原理、组成结构的基础上，提出一种基于局域网的、以语音通信为主、兼有数据传输　的ＩＰ电话终端方案，旨在解决ＩＰ电话相关的关键技术，完成语音ＩＰ包在局域网内的高质量传输，实现在局域网　内部进行语音传输的ＩＰ电话终端，从而以较低的成本实现家庭网络的语音和数据传输功能，推进ＩＰ电话在普　通家庭的应用与普及．试验证明：该系统通话效果比较好，基本实现了设计目标．　关键词：ＩＰ电话终端；ＥＺ—ＵＳＢ；局域网　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标志码：Ｂ　近些年，随着宽带移动通信网和ＩＰ技术的成熟　和发展，ＩＰ电话以其经济、高效和超时代的特点，得　到了迅猛的发展．由于它符合未来三网合一的发展　方向，目前已成为数据和语音通信中最有竞争力的　技术之一．现阶段，我国电信正处于快速发展时　期，ＩＰ电话具有巨大的发展空间；同时，家庭网络的　兴起也需要ＶｏｌＰ技术的支持，因而研究ＩＰ电话技　术具有重要的现实意义．　数据包重新装配，经过解码解压处理后，恢复成原来　的模拟语音信号，从而达到用ＩＰ网络进行语音通信　的目的．　１．２　ＩＰ电话终端　由于ＩＰ电话是ＩＰ网络上的语音应用业务，所　以ＩＰ电话系统是由多个网络组件构成的，主要包括　终端设备（Ｔｅｒｍｉｎａ１）、网关（Ｇａｔｅｗａｙ）、网守　（Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ）和网管服务器及计费服务器等．其中，　ＩＰ电话终端设备是面向用户连接Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络，为　笔者一直致力于家庭网络的研究．从发展趋势　来看，家庭网络的大部分功能需要通过因特网实现，　用户提供语音通信功能的用户端设备，包括普通终　端和ＩＰ终端两大类．普通终端只有模拟语音信号　的处理能力，如传统的电话机，在ＩＰ语音通信中只　作模拟信号的收发传输；ＩＰ终端不但具有模拟语音　信号处理的能力，同时具有ＩＰ网络语音数据包的收　发转换和处理能力，它是ＩＰ电话系统的重要组成部　分，亦是本论文研究的重点．　而ＶｏｌＰ技术是其重要的组成部分．目前，有多家半　导体公司致力于ＶｏｌＰ的研究，ＴＩ、富士通、Ｚｉｌｏｇ等均　推出了一系列的ＩＰ电话解决方案，包括最新的ＩＰ　网关或ＩＰ电话专用芯片以及相应的嵌入式软件系　统；但是这些方案价格昂贵，使用者没有自主的知识　产权．为此，本文提出一种ＩＰ电话方案，采用通用　微处理器作为控制器，结合相关的功能芯片，实现了　基于局域网的ＩＰ电话终端设备，从而以较低的成本　实现家庭网络的语音和数据传输功能，推进ＩＰ电话　在普通家庭的应用与普及．　２　ＩＰ电话终端硬件系统总体结构　本文所提出的ＩＰ电话终端方案，是基于局域网　的以语音通信为主、兼有数据传输的ＩＰ电话硬终　端；此外，如果加上信令信息转换功能，即可形成终　端和网关二者合一的设备．由于以太网是最常见的　组网方式，此处的局域网采用以太网为代表（图１）．　１　ＩＰ电话的原理与ＩＰ电话终端　１．１　ＩＰ电话的基本原理　从技术角度来看，ＩＰ电话（或者ＶｏｌＰ）的基本原　系统中，语音处理核心是一片专用低速率语音压缩　编解码ＤＳＰ芯片ＣＴ８０２０，通过具有ＵＳＢ接口的微　处理器ＥＺ—ＵＳＢ芯片ＡＮ２１３１ＱＣ进行控制，使用以　太网接口芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ连接局域网，并连接有　ＰＣＭ编解码芯片Ｗ６８１５１１、４×３键盘、ＬＣＤ显示屏　理是把普通电话的模拟信号转变为数字语音信号，　通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，　然后把这些语音数据按ＩＰ等相关协议进行打包，通　过ＩＰ网络把数据传输到目的接收端，再把这些语音　收稿日期：２００６—０４—２９　作者简介：车进（１９７３一），男，讲师，主要从事嵌入式系统、无线通信方面的研究　维普资讯 http://www.cqvip.com

２６６　宁夏工程技术　第５卷　面　２４　Ｃ６４。　回。。。。。。。’。。一　ＥＬ－　ＵＳＢ　Ｑｃ　图１　ＩＰ电话终端结构框图　Ｆｉｇ．１　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＩＰ　ｐｈｏｎｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　等外围部件．整个硬件系统由ＭＣＵ子系统、语音处　理模块、以太网接口模块、数据缓冲存储器、外围接　口电路和电源等模块构成．　３　ＩＰ电话终端软件系统设计　系统软件包括罂　ＥＺ—ＵＳＢ单片机的固件　（ｆｉｒｍｗａｒｅ）设计和ＰＣ机驱动程序设计．　３．１　ＥＺ—ＵＳＢ单片机的固件设计　ＥＺ—ＵＳＢ是Ｃｙｐｒｅｓｓ公司推出的带智能ＵＳＢ接　口的高性能单片机．它为ＵＳＢ外设提供了一种高　度集成的解决方案，包括一整套成熟的开发软件包　和应用实例，降低了ＵＳＢ设备的开发难度，对于加　快开发速度有很大优越性．它提供了一个程序框　架，为ＥＺ—ＵＳＢ的初始化、处理标准ＵＳＢ设备请求　以及ＵＳＢ挂起时的电源管理，提供了现成的８０５１　代码，用户只需提供ＵＳＢ描述符表，编写完成外设　功能的代码就可以开发出一个功能完善的ＵＳＢ外　设（图２）．它主要完成了一个简单的任务循环，其步　骤：①调用用户函数ＴＤ＿Ｐｏｌｌ（），这部分程序由开发　者填写，以实现ＵＳＢ外设的主要功能；②判断是否　有标准设备请求等待处理，如有则分析并响应之；　③判断ＵＳＢ内核是否收到ＵＳＢ挂起信号，如果收　到则调用用户函数ＴＤ＿Ｓｕｓｐｅｎｄ（），从该函数返回　ＴＲＵＥ后，再检测是否发生ＵＳＢ唤醒事件，若未检测　到，则处理器进入挂起方式；如检测到，调用　ＴＤ＿Ｒｅｓｕｍｅ（）函数，接着程序返回第一步．　标准请求和ｖｅｎｄｏｒ专用请求由框架分析和执　行．默认情况下，对标准请求执行ＵＳＢ规定的响　应．无论如何，框架提供交互的连接，以允许用户程　序处理或覆盖指定的设备请求；ＥＺ—ＵＳＢ中断也交　由框架进行处理．　该固件框架是用Ｋｅｉｌ　Ｃ５１　Ｃ语言编写的，需要　在Ｋｅｉｌ　Ｃ环境下进行编辑和编译，开发者的主要工　作集中在用户函数ＴＤ＿Ｐｏｌｌ（）和相关设备控制程序　的编写上．本设计的固件程序包括表１所示的五个　源程序，此外还有相关的头文件、设备描述符表文件　ｌ　皇墨篁ｌ　匝匦　垂　————————　———一　调用ＴＤ—Ｉｎｉｔ（）函数　二二］二二二　中断使能　检测到ＳｅｔＵｐ　令帧ｎ　一　调用ＴＤ—Ｐｏｌｌ（）函数　Ｎ０　检测到ＳｅｔＵｐ　令帧Ⅱ　＞璺区　囹　、、］　＿　ＹＥＳ　／　＼　￣　ＵＳＢ总线是　＼闲置状态　堡竖坠坚垦＝＝１，ＮＯ　一　百　图２　ＥＺ—ＵＳＢ固件框架流程图　Ｆｉｇ．２　ＥＺ—ＵＳＢ　ｆｉｒｍｗａｒｅ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　和ＥＺ—ＵＳＢ提供的一个库文件Ｅｚｕｓｂ．１ｉｂ；它们共同　构成一个Ｐｒｏｊｅｃｔ，相互配合，在Ｋｅｉｌ　Ｃ环境下编译　生成Ｉｐｐｈｏｎｅ．ｈｅｘ的Ｉｎｔｅｌ　ＨＥＸ文件．　表１　ＥＺ—ＵＳＢ固件源程序列表　Ｔａｂ．１　ｌｉｓｔ　ｏｆ　ＥＺ—ＵＳＢ　ｆｉｒｍｗａｒｅ　３．２　ＰＣ机驱动程序设计　ＥＺ—ＵＳＢ系列芯片均具有通过下载固件和重　枚举的方式来动态改变设备特性的能力．ＩＰ电话终　端就是希望利用ＥＺ—ＵＳＢ的这一特性，生成一个可　以下载固件的ＵＳＢ设备驱动程序．　在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统中，针对ＵＳＢ接口的通信　工作使用了阶层式的驱动程序模式．每一个驱动程　序阶层负责处理一部分通信工作，在应用程序的阶　层中，以设备驱动程序与系统的总线驱动程序来通　信，而其中总线的驱动程序用来处理ＵＳＢ的硬件．　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ对于在Ｗｉｎｄｏｗｓ９８及以后的版本中，驱动　程序的规划都是架构在Ｗｉｎ３２　Ｄｒｉｖｅｒ　Ｍｏｄｅｌ　（ＷＤＭ）下的，将不同部分的通信过程加以分层规划　为一个驱动程序的堆栈．驱动程序的开发是一项比　较复杂的工作，为此，ＥＺ—ＵＳＢ软件开发包提供了　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　一车进等：基于局域网的ＩＰ电话终端系统　２６７　个ＥＺ—Ｌｏａｄｅｒ驱动程序，用户只需根据它的模板　便，容易调试；②ｌＯＢａｓｅ—Ｔ网络连接，支持ＴＣＰ／　ＩＰ、ＵＤＰ协议；③符合简化的ＳＩＰ信令标准；④可支　持Ｇ．７２３．１／５．３ｋｂｐｓ、Ｇ．７２３．１／６．４ｋｂｐｓ以及与　作一些修改就可以支持一个专用的设备．开发　ＥＺ—Ｌｏａｄｅｒ设备驱动程序的步骤如下：　（１）新建一个目录，将ＥＺ—ＵＳＢ软件开发包中　．．Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｓｏｕｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　２．０兼容的８．５ｋｂｐｓ等多种　ｄｒｉｖｅｒ＼ｅｚｌｏａｄｅｒ目录下的所有文件连同子目录拷　语音编码方式；⑤支持双向回音消除；⑥支持自动静　音检测／舒适噪音生成．　（２）一个完善的ＩＰ电话系统具有复杂的结构和　软件，并包含终端、网关、网守、计费系统等多个部　件．本文研究的ＩＰ电话终端只是整个ＩＰ电话系统　贝至该目录下，即创建一个模板．　（２）编辑该目录下的ｓｏｕｒｃｅｓ文件，在　ＴＡＲＧＥＴＮＡＭＥ＝ｅｚｌｏａｄｅｒ一行中修改目标文件名为　ＴＡＲＧＥＴＮＡＭＥ＝ｉｐｐｈｏｎｅ．　（３）利用ＥＺ—ＵＳＢ软件包提供的ｈｅｘ２ｅ．ｅｘｅ将　的一部分，在结构和功能上尚待改进．主要包括：①　充分利用ＵＳＢ接口和Ｅｚ—ＵＳＢ单片机的强大功能，　对ＩＰ电话的功能进行扩展，比如文件传输、传真业　此前编译正确的固件的Ｉｎｔｅｌ　ＨＥＸ记录格式的代码　文件转换为Ｃ文件，并用其中的ｆｉｒｍｗａｒｅ［］数组代替　ＥＺ—Ｌｏａｄｅｒ　Ｄｒｉｖｅｒ中提供的ｆｉｍｗａｒｒｅ．ｅ中的数组．　务及视频传输等功能的扩展；②外扩程序存储器，丰　富系统的软件功能，加上ＩＰ安全协议和信令信息转　换功能，即可形成终端和网关二者合一的设备，以接　（４）最后，利用Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＤＤＫ的ｂｕｉｌｄ命令编译　创建该驱动程序．　按照上述步骤可生成ｉｐｐｈｏｎｅ．ｓｙｓ设备驱动程　近市场需求；③对一些元器件的封装重新选择，优化　电路板设计，缩小尺寸，降低功耗，形成更贴近普通　家庭的产品．　参考文献：　［１］　李津生，洪佩琳．下一代Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的网络技术［Ｍ］．北　京：人民邮电出版社，２００１：３４４—３５１　序，但要使该驱动程序正确工作，还需要为它写一个　安装信息文件ｉｐｐｈｏｎｅ．ｉｎｆ，通过它将设备的ＶＩＤ／　ＰＩＤ绑定到该设备驱动程序上．　完成以上工作后，将ＩＰ电话终端的ＵＳＢ接口连　接到ＰＣ机上，此时Ｗｉｎｄｏｗｓ提示找到新硬件，并要　求提供该设备的驱动程序．按照Ｗｉｎｄｏｗｓ添加新硬　件向导的提示，将ｉｐｐｈｏｎｅ．ｉｎｆ文件提供给Ｗｉｎｄｏｗｓ，　Ｗｉｎｄｏｗｓ找到ｉｐｐｈｏｎｅ．ｓｙｓ驱动程序后，会将固件程　序下载到ＥＺ—ＵＳＢ的内部ＲＡＭ中，此时单片机复　［２］　王瑞刚，李燕．ＩＰ电话终端设备一６９—８３．　原理、电路及应用．　西安：西安电子科技大学出版社，２００３：１—４６，４９—５０，　［３］　张磊．ＶｏＩＰ语音技术及应用［Ｍ］　北京：机械工业出版　社．２０００：３—２２．　位，按照固件中提供的新的ＶＩＤ／ＰＩＤ进行重枚举，　固件就开始在电路板上运行，可以进行系统调试工　［４］　胡健栋．现代无线通信技术［Ｍ］．北京：机械工业出版　社．２００３：２０５—２２２．　作．如果固件需要修改，则将修改后重新编译的固　件程序文件按照前面的步骤生成新的驱动程序即可．　［５］　张克非　Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下的ＵＳＢ设备驱动程序设计［Ｊ］．　计算机与现代化，２００４，１０７（７）：５—８．　【６］　黄风辰，周海亮，周文君．ＥＺ—ＵＳＢ单片机的开发【Ｊ］　国外电子测量技术，２００３（１）：１５—１７．　４　结论　［７］　颜容江．ＥＺ—ＵＳＢ　２１００系列单片机原理、编程及应　（１）在本ＩＰ电话终端的设计过程中，主要从静　音抑制及舒适噪音生成、回声消除、语音压缩编解码　技术、服务质量ＱｏＳ等几个关键技术综合考虑，其主　用［Ｊ］　北京：北京航空航天大学出版社，２００２：１５—３０，　６０—８９．　［８］　车进，刘大铭，梁征，等　基于ＳＸ单片机的嵌入式远程　温度控制系统【Ｊ】．宁夏工程技术，２００４，３（４）：３２４—３２６．　要特性：①采用ＵＳＢ接口从主机下载固件，升级方　ＩＰ　ｐｈｏｎｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬＡＮ　ＣＨＥ　Ｊｉ１１，．　ＹＡＮＧ　Ｚｅ—ｌｉｎ，　ＳＵＮ　Ｘｕｅ—ｈｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｎｉｎｇｘｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ　７５００２１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ＩＰ　ｐｈｏｎｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｗａｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＩＰ　ｐｈｏｎｅ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬＡＮ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｔｒａｎｓｍｉｔ　ｂｏｔｈ　ｓｐｅｅｃｈ　ａｎｄ　ｄａｔａ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｏｆ　ｓｐｅｅｃｈ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｗａｓ　ａ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｃｏｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｃｏｄｉｎｇ　ＤＳＰ　ｃｈｉｐ　ＣＴ８０２０　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｄａｔａ　ｒａｔｅ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｓｐｅｅｃｈ．Ｔｈｅ　ＣＴ８０２０　Ｗａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ＡＮ２　１　３　１　ＱＣ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａ　ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　ＥＺ—ＵＳＢ　ｃｈｉｐ　ＡＮ２　１　３　１　ＱＣ　ｗｉｔｈ　ＵＳＢ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｎ　ｉｔ　ｗａｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ＬＡＮ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ｃｏｎｔｏｌｒｌｉｎｇ　ｃｈｉｐ．　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｅｑｕｉｐｐｅｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ＰＣＭ　ｃｏｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｃｏｄｉｎｇ　ｃｈｉｐ，ｋｅｙｂｏａｒｄ　ａｎｄ　ＬＣＤ　ｄｉｓｐｌａｙ．　Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗｏｒｋ，ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐｅｅｃｈ　ＩＰ　ｐａｃｋａｇｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　ＬＡＮ　ｗａｓ　ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ　ｆｉｒｓｔｌｙ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＩＰ　ｐｈｏｎｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＩＰ　ｐｈｏｎｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｗｉｔｈ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐｅｅｃｈ　ｉｎ　ＬＡＮ　ｗａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ａｔ　ｌｓｔ．ａ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＩＰ　ｐｈｏｎｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ；ＥＺ—ＵＳＢ；ＬＡＮ　（责任编辑、校对王岳昭韩小珍）