基于VoIP處理器與USB接口的IP電話(huà)設計

1 引言
隨著(zhù)VoIP的普及，IP電話(huà)的通話(huà)質(zhì)量有了明顯改善，與傳統電話(huà)相比，已基本沒(méi)有差別。另外，它具有傳統電話(huà)無(wú)可比擬的價(jià)格優(yōu)勢，吸引了越來(lái)越多的用戶(hù)使用IP電話(huà)進(jìn)行通信。目前，有很多廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)了軟IP電話(huà)終端，但是用它打電話(huà)必須使用耳麥，不符合人們打電話(huà)的習慣，而且長(cháng)時(shí)間通話(huà)無(wú)論從語(yǔ)音質(zhì)量還是從用戶(hù)舒適度上都遠不及傳統電話(huà)機，對于操作電腦不甚熟練的用戶(hù)則更感困難。因此大多數人都更愿意用電話(huà)機而不是電腦來(lái)打電話(huà)。根據這種需要，就出現了一些與主機的通信接口相聯(lián)的IP電話(huà)機。其中以USB接口的IP電話(huà)最為普遍。

通用串行總線(xiàn)（USB）是一種新型接口技術(shù)。它是由Intel等公司研發(fā)與規劃的一種串行通信標準。USB具有以下特點(diǎn)：(1)有較高的傳輸速率。USBl.1支持全速和低速兩種方式，全速速率為12Mbps，低速速率為1.5Mbps；USB2.0除支持USBl.1的兩種速度方式外，還增加了速率可達480Mbps的高速方式。(2) USB支持即插即用和熱插拔。(3) 提供了對電話(huà)的兩路數據支持。USB可支持異步以及等時(shí)數據傳輸，使電話(huà)可與PC集成。(4)具有高保真音頻。由于USB音頻信息生成于計算機外，因此減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機會(huì )，從而使音頻系統具有更高的保真度。此外，USB還有可靠性高、成本低、功耗小、易于擴展等優(yōu)點(diǎn)，倍受歡迎。

2器件選擇
2.1 VoIP處理器選擇
從降低成本、簡(jiǎn)化設計及其要具有USB接口的要求出發(fā)，我們選擇了Tiger560B VOIP微處理器。它提供了低價(jià)格、高質(zhì)量的IP電話(huà)解決方案。它具有以下特點(diǎn)：1）實(shí)現了用于網(wǎng)絡(luò )電話(huà)的所有需要的VoIP功能和USB接口；2）內建支持按鍵鍵盤(pán)、LCD、電話(huà)接口和震鈴；3）支持H.323和SIP標準；4）不需要驅動(dòng)，所有驅動(dòng)都已內嵌在Windows中；5）音頻功能包括：提供了PCM接口，支持各種常用的音頻解碼器：使用微軟音頻USB驅動(dòng)，支持8位μ率編解碼器接口、μ率到PCM16的轉換、音量控制、自動(dòng)靜音等；6）支持HID音頻設備類(lèi)，可直接使用Microsoft 音頻USB驅動(dòng)，方便了系統的開(kāi)發(fā)。

2.2 編解碼器選擇
W681511是華邦推出的一款單通道語(yǔ)音CODEC芯片，它是與Tiger560B一同推出的一款針對于網(wǎng)絡(luò )電話(huà)市場(chǎng)的低成本且高品質(zhì)芯片組解決方案，相對于市場(chǎng)上其它解決方案，能提供較好的效能以及競爭性的價(jià)格。W681511主要應用于網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )、整合服務(wù)數字網(wǎng)絡(luò )及電話(huà)相關(guān)產(chǎn)品上。W681511包含所有華邦CODEC 語(yǔ)音芯片系列產(chǎn)品的特色，提供低功耗（當系統處于等待狀態(tài)與停止狀態(tài)時(shí)，僅需耗費10微安與100毫安的電流）和4.5到5.5伏單一電源供電。此外，此款芯片與Motorola MC14LC5480兼容，并在大部分的情況下能直接取代既有的Motorola 芯片。

3系統實(shí)現
3.1整體電路
IP電話(huà)的原理圖如圖1所示。它由Tiger560B和W681511及其外圍設備和接口組成。主要電路有：語(yǔ)音電路、LCD顯示電路、鍵盤(pán)電路。

3.2外圍電路設計
LCD模塊：LCD用于顯示話(huà)機狀態(tài)、時(shí)間、主/被叫號碼等信息。它通過(guò)Tiger560B的通用I/O接口連接。
按鍵電路：Tiger560B可以通過(guò)PIB口直接與44或48鍵盤(pán)相連。
音頻電路：如圖2所示，W681511與Tiger560B的串行端口直接相連。串行端口包含一數據時(shí)鐘（DCLK）。一幀同步時(shí)鐘（FSC）和兩條數據線(xiàn)（DIN和DOUT）。FSC是8KHZ時(shí)鐘，在一個(gè)FSC周期內，傳輸和接收8位u－law率音頻數據。

3.3 USB工作模式設計
Tiger560B實(shí)現了完全兼容的USB 1.1接口，芯片包含USB控制器和標準3.3伏電壓，可直接與USB總線(xiàn)相連。

USB有四種傳輸方式：控制傳輸、批量傳輸、等時(shí)傳輸和中斷傳輸。其中控制傳輸主要用于主機和設備間關(guān)于配置、狀態(tài)和控制信息的傳輸。任何USB設備都必須支持控制傳輸。中斷傳輸用于數據量較小、不定時(shí)傳送、允許一定延遲、服務(wù)周期受限的設備。等時(shí)傳輸用于大數據量、實(shí)時(shí)性高、允許一定差錯的設備。

因此，IP電話(huà)設立了4個(gè)端點(diǎn)：控制端點(diǎn)0，中斷傳輸端點(diǎn)5和等時(shí)傳輸端點(diǎn)6、7。

USB端點(diǎn)0是Tiger560B上唯一的控制端點(diǎn)

USB端點(diǎn)5用于中斷傳輸，輪詢(xún)間隔為1ms，它用于傳輸鍵盤(pán)按鍵值。每一次輪詢(xún)發(fā)生時(shí),輪詢(xún)兩個(gè)字節到主機。數據的頭一個(gè)字節為當前AUX針的當前狀態(tài)值。第二個(gè)字節是指定源的值，寄存器0x18定義了這個(gè)字節的地址。設置寄存器0x18的6、7位為1能使PIB中止狀態(tài)輪詢(xún)。輪詢(xún)操作不會(huì )與任何制造商命令沖突，因為輪詢(xún)在每一個(gè)USB SOB分組時(shí)完成。字節1表示任何連接到AUX針的中斷線(xiàn)的狀態(tài)。字節二是外部設備的中斷狀態(tài)值。

USB 端點(diǎn)6和7用于傳輸16位PCM音頻格式。每一個(gè)USB同步傳輸可能傳送8個(gè)采樣和16字節數據。Tiger560B對8位u－law率和16位PCM音頻編碼進(jìn)行轉換。Tiger560B可以使用USB SET_CUR音量命令來(lái)完成硬件音量調整。麥克風(fēng)和送話(huà)器都支持靜音控制。

3.4 存儲器配置
Tiger560B支持6416 EEPROM。開(kāi)機后，在RESET信號為低期間，如果如果EECS針為高，Tiger560B就會(huì )訪(fǎng)問(wèn)EEPROM，將它的內容讀入寄存器。

Tiger560B需要的地址空間為256。其中，內部寄存器地址為0x00到0xbf，通過(guò)USB端點(diǎn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，來(lái)控制Tiger560B。

4 結束語(yǔ)
本文介紹了一種新型的VoIP處理器Tiger560B和音頻編解碼器W681511。在此基礎上開(kāi)發(fā)了一套IP電話(huà)的原型機。該機通過(guò)USB接口與計算機相連，在計算機上實(shí)現了SIP協(xié)議。結合基于RTP協(xié)議的服務(wù)質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制策略，可以達到比較滿(mǎn)意的通話(huà)質(zhì)量。

參考文獻：
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[4]Winbond. W681511 single-channel voiceband codec Advance Data Sheet