基于軟核CPU技術(shù)的IP電話(huà)接口設計

摘 要：提出了一種基于會(huì )話(huà)初始化協(xié)議的VoIP系統(包括IP電話(huà)終端、SIP服務(wù)器和PSTN接入端口)，并對SIF，與PSTN的互聯(lián)進(jìn)行了系統級構建。利用Ahera的SOPC軟核CPU技術(shù)和Nios II處理器構建了一個(gè)IP電話(huà)終端。該設計具有靈活的可擴展性，能夠在實(shí)現語(yǔ)音通信的基礎上較容易地擴展視頻接口、短信平臺等多媒體功能，給產(chǎn)品用戶(hù)和運營(yíng)商提供了一種低成本的多媒體網(wǎng)絡(luò )通信終端設備，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：VoIP技術(shù)；SOPC；IP電話(huà)終端；NiosⅡ；軟核CPU技術(shù)

l 引 言
VoIP技術(shù)是一種基于IP數據網(wǎng)的語(yǔ)音傳輸技術(shù)，它將標準的語(yǔ)音信號轉換成壓縮的數據報后在數據網(wǎng)絡(luò )而非傳統的電話(huà)網(wǎng)上進(jìn)行傳輸，是一種實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信技術(shù)。在利用VoIP技術(shù)進(jìn)行通信時(shí)，一般先使用語(yǔ)音壓縮算法對語(yǔ)音信號進(jìn)行壓縮編碼處理，再按IP標準進(jìn)行打包，經(jīng)Internet發(fā)送到接收地；接收端把這些語(yǔ)音數據報串起來(lái)，經(jīng)解碼解壓縮處理后恢復成原來(lái)的語(yǔ)音信號，從而達到由IP網(wǎng)絡(luò )傳送語(yǔ)音的目的。其關(guān)鍵技術(shù)包括：信令、媒體編碼、媒體實(shí)時(shí)傳輸、業(yè)務(wù)質(zhì)量保障和網(wǎng)絡(luò )傳輸等。
當然，VoIP不是非電話(huà)網(wǎng)上傳送語(yǔ)音業(yè)務(wù)的惟一方式，實(shí)際上，存在另外兩種快速、高效、價(jià)格合理的能達到長(cháng)途話(huà)音傳輸的方法，即幀中繼語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )技術(shù)(Voice over Frame Relay，VoFR)和ATM語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )技術(shù)(Voice over Asynchronous Transfer Mode，VoATM基于異步傳輸模式的語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )技術(shù))，但目前這兩種技術(shù)的發(fā)展速度較緩，技術(shù)不夠成熟。

2 硬件系統設計
一個(gè)完整的VoIP系統應包含IP電話(huà)終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、網(wǎng)管系統、計費系統等幾部分。本文重點(diǎn)研究可直接掛接在計算機網(wǎng)絡(luò )上的IP電話(huà)終端。
2．1 硬件系統方案
通過(guò)對國內外VoIP技術(shù)的研究，要面向社會(huì )推廣價(jià)格低廉的IP電話(huà)業(yè)務(wù)，普通用戶(hù)的電話(huà)終端成本，運營(yíng)商的設備、管理成本都是必須考慮的因素。因此，設計出了一個(gè)VoIP系統方案，如圖1所示。

該設計方案具有一個(gè)功能可擴展的基于軟核CPU技術(shù)的IP電話(huà)終端；具備基于會(huì )話(huà)初始化協(xié)議的SIP服務(wù)器，該協(xié)議是專(zhuān)為網(wǎng)絡(luò )會(huì )話(huà)而生的；并利用語(yǔ)音接口卡實(shí)現SIP與PSTN的互聯(lián)。具有技術(shù)先進(jìn)、針對性強和通用性好等特點(diǎn)，是可行有效的。
2．2 IP電話(huà)終端硬件設計
根據1P電話(huà)終端的硬件需求，為該終端配置了音頻接入口、音頻編解碼芯片WM8731；網(wǎng)絡(luò )接口芯片DM9000A；存儲器IC42S16400；主控制器EP2C35；直流電源9 V，如圖2所示。

IP電話(huà)終端采用直流9 V供電，通過(guò)穩壓芯片(輸出+5 V)為電路板供電．終端的A／D、D／A轉換器選用了Wolfson公司的24 b音頻編解碼芯片WM8731，以太網(wǎng)傳輸部分選用了Davicom公司的網(wǎng)絡(luò )接口芯片DM9000A，并為輸入撥號配備了鍵盤(pán)(號碼撥盤(pán))，為實(shí)現語(yǔ)音數據存儲，還在電路上給終端配置了存儲器(SDRAM，SRAM，FLASH)，用戶(hù)可以根據自己的情況選擇包含所有或其中任一種存儲器的電話(huà)機。本設計選用了其中的SDRAM作語(yǔ)音數據存儲器。
2．2．1 撥號電路
為實(shí)現IP電話(huà)與普通電話(huà)的通用性，該終端加入鍵盤(pán)模塊，按鍵開(kāi)關(guān)KEY0～KEY9，KEY_X，KEY_Y，KEY_ON，KEY_OFF(其中，除KEY_ON和KEY_OFF是鎖閉式按鍵外，其余均為非鎖閉式按鍵)采用行列掃描式接法，加入了74HC245總線(xiàn)收發(fā)器作為緩沖器，電路如圖3所示(由于按鍵過(guò)多，圖中僅給出KEY0～KEY3電路)。

每個(gè)這種開(kāi)關(guān)用來(lái)控制史密特觸發(fā)電路，史密特觸發(fā)裝置的14個(gè)出口直接與CycloneⅡFPGA相連。每個(gè)開(kāi)關(guān)當不按下時(shí)提供一個(gè)高電平(3．3 V)。在按下時(shí)提供一個(gè)低電平(0 V)。非鎖閉式按鍵開(kāi)關(guān)是反彈的，它們相當于電路的時(shí)鐘或復位輸入；鎖閉式按鍵是不可反彈的，按下時(shí)相當于一個(gè)邏輯低電平(0 V)，彈出時(shí)提供一個(gè)邏輯高電平(3．3 V)。