基于TIGER560B的USB網(wǎng)絡(luò)電話終端的實(shí)現(xiàn)

　　摘要：IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)（VOIP）作為一種綜合了傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的技術(shù)已經(jīng)為人們所熟知。USB網(wǎng)絡(luò)電話是黛助于計(jì)算機(jī)平臺，提供一種新型的、人性化的網(wǎng)絡(luò)電話服務(wù)的終端設(shè)備。它通過即插即用的USB接口與計(jì)算機(jī)相連，從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)內(nèi)語音通信，借助于網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以與電信網(wǎng)普通電話通話，是長期使用計(jì)算機(jī)工作一族的好伴侶。本文介紹USB網(wǎng)絡(luò)電話的軟件和硬件設(shè)計(jì)方案及其實(shí)現(xiàn)過程。

　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)電話;H.323協(xié)議；USB；網(wǎng)守

　　隨著因特網(wǎng)（也稱IP網(wǎng)）技術(shù)的快速發(fā)展，IP網(wǎng)絡(luò)電話已經(jīng)得到廣泛使用。所謂IP網(wǎng)絡(luò)電話是指利用因特網(wǎng)以分組數(shù)據(jù)包形式傳輸語音/傳真等的新型電信業(yè)務(wù)，簡稱VoIP(Voice over IP:IP網(wǎng)絡(luò)承載語音業(yè)務(wù))。它以低廉的價(jià)格，靈活的應(yīng)用使傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)受到極大的挑戰(zhàn)，截止2004年底，幾乎占到長途業(yè)務(wù)量的50%。當(dāng)然，這主要指各大電信運(yùn)營商推廣IP電話卡形式的IP電話長途業(yè)務(wù)，其特點(diǎn)是接入部分使用傳統(tǒng)電信終端（如電話機(jī)、手機(jī)），以特殊號碼形式識別（179XX），在主干線上以分組的數(shù)據(jù)包的形式在因特網(wǎng)上傳輸話音。

　　本文介紹基于TIGER560B的USB網(wǎng)絡(luò)電話終端（以下簡稱USB網(wǎng)絡(luò)電話），它采用即插即用的USB接口與計(jì)算機(jī)相連，不需要借助傳統(tǒng)電信終端，就可以直接接入因特網(wǎng)。不僅可以撥打長途電話，而且還可以撥打市話。如果用在局域網(wǎng)或者虛擬局域網(wǎng)內(nèi)，通話完全免費(fèi)。在因特網(wǎng)普及的今天，使用USB網(wǎng)絡(luò)電話能為大中型企業(yè)事業(yè)單位節(jié)約大量話費(fèi)。

1 TIGER560B控制器

　　早期在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)話音通信主要采用純軟件形式，借助于網(wǎng)卡連接因特網(wǎng)，聲卡通過麥克風(fēng)和音響實(shí)現(xiàn)話音的輸入與輸出。但缺點(diǎn)首先是接聽或撥打電話都要操作計(jì)算機(jī)鍵盤，不僅復(fù)雜而且不符合人們使用電話的習(xí)慣；其次是來話從音箱播出既泄漏隱私又影響他人工作；還有，通話質(zhì)量差，易產(chǎn)生回音�；�于TIGER560B的USB網(wǎng)絡(luò)電話終端可以克服上述缺點(diǎn)。

　　TIGER560B是Tiger Jet Network公司研制的專門用于低成本、高話音質(zhì)量的VoIP處理器，內(nèi)部包含USB接口。它的集成度很高，內(nèi)部集成有很多功能模塊，外部僅需少量元件就可實(shí)現(xiàn)VoIP功能。TIGER560B的功能及外圍引腳如圖1所示。

　　TIGER560B的主要組成部分有控制邏輯、音頻通道、USB接口、通常I/O接口、外設(shè)接口和配置控制接口。

　　控制邏輯是電路的核心，內(nèi)含專用處理器，用來協(xié)調(diào)整個(gè)電路的工作；音頻通道連接外部音頻編解碼器，完成音頻PCM數(shù)據(jù)流的輸入與輸出；USB接口與計(jì)算機(jī)的USB接口連接，配置控制TIGER560B芯片及TIGER560B連接的編解碼器，同時(shí)接收和發(fā)送計(jì)算機(jī)側(cè)音頻數(shù)據(jù)流，具有橋接通信作用；通用I/O接口可以控制指示燈、振鈴、液晶顯示；外設(shè)接口接收鍵盤號碼和連接編解碼器；配置控制接口采用硬件連接對TIGER560B在不同工作模式進(jìn)行配置，以便加載不同的驅(qū)動程序。

TIGER560B的功能如下：

●支持鍵盤掃描、液晶顯示驅(qū)動、電話接口（SLIC）；

●支持H.323協(xié)議和SIP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)全部VoIP功能；

●不必安裝驅(qū)動，因?yàn)轵?qū)動都已經(jīng)嵌入到Windows操作系統(tǒng)中；

●能夠?qū)崿F(xiàn)PC到PC的點(diǎn)對點(diǎn)通話，實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)內(nèi)IP電話，通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電話通話；

●支持USB供電節(jié)電模式和遠(yuǎn)端喚醒功能；

●音頻功能

支持USB音頻類設(shè)備模式；

使用Windows音頻USB驅(qū)動；

支持8bit μ-Law編解碼器接口；

支持音量調(diào)節(jié)、閉音控制；

●PCM接口支持

Silicon Labs公司的Si3210用戶接口電路，華邦公司的W681511型音頻編解碼器和Motorola公司的MC145480型音頻編解碼器；

支持TDM、IOM2、GCI；

長幀模式和短幀模式；

●USB接口

全速12Mb/ps，兼容USB101協(xié)議；

鎖相環(huán)、MAC、PHY、收發(fā)器集成在芯片上；

內(nèi)有3.3V調(diào)節(jié)器；

●支持SPI 4線接口總線；

支持外設(shè)總線接口；8bit數(shù)據(jù)總線、6根地址線、22根通用I/O線、讀寫復(fù)位線等；

●單12MHz晶振、5V工作電壓，100引腳PQFP封裝。

TIGER560B幾乎集成了IP電話終端必備的所有功能，外部僅需連接PCM音頻編解碼器和鍵盤等就可以實(shí)現(xiàn)VoIP功能。

　　2 系統(tǒng)組成、工作原理和H.323協(xié)議

　　2.1 USB網(wǎng)絡(luò)電話的結(jié)構(gòu)

圖2為基于TIGER560B VoIP處理器的USB網(wǎng)絡(luò)電話模塊框圖。

　　以TIGER560B為核心的USB網(wǎng)絡(luò)電話有3種組成形式。

　　（1）用TIGER560B和音頻編解碼器（W681511）組成的USB網(wǎng)絡(luò)電話相當(dāng)于一個(gè)USB外置聲卡，沒有操作鍵盤，不需要安裝任何額外驅(qū)動軟件，使用計(jì)算機(jī)鍵盤操作電話的撥出和接口。

　�。�2）TIGER560B、音頻編解碼器、鍵盤和振鈴電路組成的USB網(wǎng)絡(luò)電話是一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)電話，使用方法和使用傳統(tǒng)電話機(jī)撥打、接聽完全一樣。這種形式需要附加鍵盤掃描驅(qū)動軟件和振鈴控制驅(qū)動軟件。若沒有安裝附加驅(qū)動則使用計(jì)算機(jī)鍵盤操作。另外，如果需要，還可以增加液晶顯示。

　�。�3）TIGER560B和用戶接口電路（ProSLIC:Si3210）組成的USB網(wǎng)絡(luò)電話。此種形式為一單接口小網(wǎng)關(guān)，通過它把一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的普通電話接入因特網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電話的功能，能夠識別摘機(jī)/掛機(jī)操作、接收雙音多頻（DTMF）電話號碼，提供全工雙向通話。這種形式網(wǎng)絡(luò)電話需要安裝附加驅(qū)動軟件。本文主要對第二種形式加以說明。

　　2.2 USB網(wǎng)絡(luò)電話的工作原理

　　由于USB接口具有即插即用功能，因此，USB網(wǎng)絡(luò)電話與計(jì)算機(jī)的連接十分方便，也可以隨身攜帶。

　　把USB網(wǎng)絡(luò)電話直接插入計(jì)算機(jī)USB接口，并安裝相應(yīng)的驅(qū)動軟件，就可以在計(jì)算機(jī)“設(shè)備管理”——“人體學(xué)輸入設(shè)備”中看到“USB人體學(xué)輸入設(shè)備”；在“聲音、視頻和游戲控制”中看到“USB Audio Device”，同時(shí)在計(jì)算機(jī)桌面出現(xiàn)信息窗口。

　　作為主叫撥打電話時(shí)，直接按“摘掛機(jī)鍵”，接著輸入電話號碼，TIGER560B對鍵盤直接掃描，將輸入的摘掛機(jī)信息和電話號碼傳送到計(jì)算機(jī)，進(jìn)行呼叫，被叫摘機(jī)進(jìn)入通話狀態(tài)。此時(shí)，主叫話音由話機(jī)手柄麥克風(fēng)輸入，音頻編解碼器將模擬信號變成PCM格式的數(shù)據(jù)信號，送入TIGER560B進(jìn)行處理，再由TIGER560B的USB接口送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)采用H.323協(xié)議處理，最后通過網(wǎng)絡(luò)接口連接到因特網(wǎng)。

　　被叫是主叫的逆過程。如果有振鈴，按“摘掛機(jī)鍵”，直接接聽。此時(shí)，從因特網(wǎng)來的話音，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后從USB接口送到TIGER560B，然后由TIGER560B將話音信息變成PCM數(shù)據(jù)格式送到音頻編解碼器，再由音頻編解碼器將PCM數(shù)據(jù)格式話音變成模擬話音后，送到被叫話機(jī)手柄的耳筒。

　　不論作為主叫還是被叫，都是全雙工、雙向?qū)崟r(shí)通信。呼叫、通話、掛機(jī)等各種狀態(tài)在計(jì)算機(jī)界面都有指示，撥打或者接聽電話與使用傳統(tǒng)電話完全相同，無需操作鍵盤進(jìn)行干預(yù)。

　　2.3 H.323協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電話過程

　　本文所述網(wǎng)絡(luò)電話是計(jì)算機(jī)的一種輔助外部設(shè)備，其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電話的多媒體協(xié)議H.323均在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

　　實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電話可以采用H.323協(xié)議和SIP協(xié)議。目前我國主要采用前者。

　　H.323協(xié)議是ITU-T（國際電聯(lián)）制定的因特網(wǎng)多媒體實(shí)時(shí)通信協(xié)議簇，由呼叫控制、媒體編碼、管理控制、網(wǎng)絡(luò)安全等系列協(xié)議組成，其全稱是“基于分組交換的多媒體通訊系”。H.323協(xié)議提供基于因特網(wǎng)的聲音、視頻和數(shù)據(jù)傳送的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，定義了4種基本的構(gòu)成單元：終端（terminal）、網(wǎng)關(guān)（gateway）、網(wǎng)守（gatekeeper）和多點(diǎn)控制單元（MCU）。其中網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)守是網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)的關(guān)鍵。網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)和網(wǎng)守是網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)的關(guān)鍵。網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)電話與傳統(tǒng)電信網(wǎng)電話的連接，網(wǎng)守負(fù)責(zé)因特網(wǎng)內(nèi)電話呼叫、計(jì)費(fèi)和管理等。USB網(wǎng)絡(luò)電話僅是網(wǎng)絡(luò)電話終端的一種形式。其協(xié)議軟件構(gòu)架如圖3規(guī)范，而網(wǎng)絡(luò)電話僅涉及到音頻通信部分，因此，多點(diǎn)控制單元MCU不作為其必備設(shè)備。

　　計(jì)算機(jī)中的軟件設(shè)計(jì)：音頻編解碼部分能夠與USB網(wǎng)絡(luò)電話手柄通過USB接口收發(fā)G..722、G.729、G..723.1等編碼，由網(wǎng)絡(luò)接口傳送。提供了網(wǎng)絡(luò)電話與網(wǎng)守、網(wǎng)關(guān)及其他終端之間必需的控制接口，采用H.225.0呼叫控制、H.245信道控制、RTCP實(shí)時(shí)控制協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。

　　網(wǎng)守是網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)必備的管理單元，終端上電后首先向網(wǎng)守注冊，將其IP地址和電話號碼送到網(wǎng)守（電話號碼也可以由網(wǎng)守分配），接受網(wǎng)守管理。每次呼叫某個(gè)電話，首先與網(wǎng)守交換信息，從網(wǎng)守得到被叫的IP地址，接著與被叫直接通信。通話結(jié)束，必須與網(wǎng)守通信，使網(wǎng)守得到本次通話結(jié)束信息，作為計(jì)費(fèi)依據(jù)或作為歷史記錄標(biāo)志。如果僅把USB網(wǎng)絡(luò)電話用在點(diǎn)對點(diǎn)通話時(shí)，那么可以直接呼叫對方IP地址，而不需要網(wǎng)守。

　　網(wǎng)關(guān)是兩種不同網(wǎng)絡(luò)之間的互通設(shè)備，完成信令格式、內(nèi)容轉(zhuǎn)換、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換、流媒體格式轉(zhuǎn)換。它是網(wǎng)絡(luò)電話與傳統(tǒng)電話互通的必備設(shè)備。如果網(wǎng)絡(luò)電話僅使用在局域網(wǎng)或者虛擬局域網(wǎng)等小范圍，可以不需要網(wǎng)關(guān)設(shè)備，如圖4所示。

　　3 硬件電路設(shè)計(jì)

　　USB網(wǎng)絡(luò)電話機(jī)使用TIGER560B型專用控制器，外圍硬件電路很少。確保電路成本低，可靠性高。具體電路如圖5所示。

　　圖5僅給出TIGER560B的主要連接線，如音頻編解碼器、鍵盤、USB接口、振鈴電路、晶振電路和工作指示。其他如模式配置，電源線、地線、電阻器連接等具體內(nèi)容可參閱參考文獻(xiàn)[4]。采用TIGER560B設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電話，電路非常簡單，不需要編制電話機(jī)內(nèi)軟件，所有設(shè)置、驅(qū)動和應(yīng)用軟件均在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，便于批量生產(chǎn)。

　　TIGER560B能夠產(chǎn)生MC14LC5480的時(shí)序，如圖6所示。使用短幀模式。不需要額外時(shí)序產(chǎn)生電路。作為主叫時(shí)，MC14LC5480將手柄送來的模擬信號變成PCM數(shù)據(jù)碼流（符合G..711編碼規(guī)范），然后送到TIGER560B進(jìn)行處理，TIGER560B通過USB接口將PCM碼流送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將其進(jìn)行音頻編碼，轉(zhuǎn)換為G..729、G.723.1、G..722（可在計(jì)算機(jī)使用界面可設(shè)置），再將其從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口送到因特網(wǎng)；作為被叫時(shí)，MC14LC5480把逆向傳來的PCM編碼變成模擬信號，送向手柄話筒。

　　鍵盤上有摘/掛機(jī)按鍵、號碼鍵、音量控制器、號碼修改鍵、閉音鍵等，撥打、接聽電話不需要操作計(jì)算機(jī)鍵盤。與使用傳統(tǒng)電話完全一樣，方便實(shí)用。如果有來話，蜂鳴器將發(fā)現(xiàn)“嘟嘟聲”提示，計(jì)算機(jī)屏幕也有指示。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　USB網(wǎng)絡(luò)電話的音頻驅(qū)動軟件已經(jīng)嵌入微軟的WINDOWS操作系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)即插即用功能�？梢允褂猛ㄓ玫木W(wǎng)絡(luò)語音通信軟件如MSN、QQ、OPENPHONE等進(jìn)行語音交流。此時(shí)，USB網(wǎng)絡(luò)電話相當(dāng)一個(gè)外置聲卡，各種操作需要借助于計(jì)算機(jī)鍵盤和相應(yīng)語音軟件完成，不能實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描和振鈴功能。如果要實(shí)現(xiàn)完整的電話功能，必須另外開發(fā)驅(qū)動軟件。

　　本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)電話軟件包括用戶界面設(shè)計(jì)和鍵盤掃描/振鈴驅(qū)動兩部分。界面設(shè)計(jì)主要以簡潔、實(shí)用、美觀為主，不作為重點(diǎn)介紹。

　　設(shè)計(jì)鍵盤掃描、振鈴驅(qū)動部分使用Tiger Jet Network公司提供的SDK開發(fā)包，通過編寫驅(qū)動軟件控制TIGER560B內(nèi)部寄存器實(shí)現(xiàn)。軟件流程框圖如圖7所示。H.323協(xié)議軟件使用SDK開發(fā)包提供的庫函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件使用WINDOWS操作系統(tǒng)中的協(xié)議。

鍵盤掃描和振鈴驅(qū)動軟件子程序如下：

#include "stdafx.h"

#include"TjIpApi.h"

#include"Tj560Bhandset.h"

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE[]=_FILE_;

#endif

CTj560Bhandset_Hid::CTj560Bhandset_Hid()

{

}

CTj560Bhandset_Hid::~CTj560Bhandset_Hid()

{

}

BOOL CTj560Bhandset_Hid::InitTjHardware()

{

return TRUE;

}

BOOL CTj560BhandsetKeypad_Hid::InitTjHardware()

{

tjoutp(0x0b,100);//default is 48,now set to

100 ==> period =100/2=50ms

InitBuzzer();

Return TRUE;

}

char CTj560BhandsetKeypad_Hid::MapHardwareKeyToUserKey(WORD wHardwareKey)

{

char cNewKey=0;

switch(wHardwareKey)

{

case 0xb0;

case 0xb1;

case 0xb2;

case 0xb3;

case 0xb4;

case 0xb5;

case 0xb6;

case 0xb7;

case 0xb8;

case 0xb9;

cNewKey= (char) (wHardwareKey -0xb0)+'0';

break;

case 0xba:

cNewKey=(char)VK_MULTIPLY; // '*' key

break;

case 0xbb:

cNewKey=(char)VK_POUND; //'*' key

break;

case 0x26:

cNewKey=(char)VK_ALT_U;//hangup

break;

case 0x31: //Enter key

cNewKey=(char)VK_RETURN;

break;

case 0x2f:

cNewKey=(char)VK_ALT_TCD;

break;

case 0x51;

VK_DOWN; //down

break;

case 0x52;

cNewkey=(char)VK_UP; //up

break;

case 0x20:

cNewKey=(char)0;

break;

default:

break;

}

return cNewKey;

}

BOOL CTj560B Hand set Key pad_Hid::Ring(BOOLbOn)

{

SetBuzzerFreq(2400); //default to 2.4kHz

TurnBuzzerOn(bOn);

Return TRUE;

}

　　軟件還包括USB通信協(xié)議，計(jì)算機(jī)側(cè)使用WINDOWS支持的USB驅(qū)動軟件，USB網(wǎng)絡(luò)電話側(cè)協(xié)議軟件以微碼形式固化在TIGER560B中，不需再寫軟件。

　　5 結(jié)束語

　　本項(xiàng)目日前已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)和測試。測試結(jié)果表明其話音質(zhì)量好，工作穩(wěn)定，可以作為計(jì)算機(jī)附件。

　　整個(gè)USB網(wǎng)絡(luò)電話以TIGER560B為控制核心，外接語音編解碼器，硬件電路簡單，軟件運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上，充分利用了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，把計(jì)算機(jī)變成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基于H.323協(xié)議的VoIP終端。如果在運(yùn)營商提供基于純因特網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)電話業(yè)務(wù)，本文所述的USB網(wǎng)絡(luò)電話一定會有很好的開發(fā)前景。

作者：西安郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)系 李 哲 陜西西安驪山微電子公司 李 凱 來源：國外電子元器件