基于軟核CPU技術(shù)的IP電話接口設計

摘 要：提出了一種基于會話初始化協(xié)議的VoIP系統(tǒng)(包括IP電話終端、SIP服務器和PSTN接入端口)，并對SIF，與PSTN的互聯(lián)進行了系統(tǒng)級構(gòu)建。利用Ahera的SOPC軟核CPU技術(shù)和Nios II處理器構(gòu)建了一個IP電話終端。該設計具有靈活的可擴展性，能夠在實現(xiàn)語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)品用戶和運營商提供了一種低成本的多媒體網(wǎng)絡通信終端設備，具有廣闊的市場前景。
關(guān)鍵詞：VoIP技術(shù)；SOPC；IP電話終端；NiosⅡ；軟核CPU技術(shù)

l 引 言
VoIP技術(shù)是一種基于IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的語音傳輸技術(shù)，它將標準的語音信號轉(zhuǎn)換成壓縮的數(shù)據(jù)報后在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡而非傳統(tǒng)的電話網(wǎng)上進行傳輸，是一種實時語音通信技術(shù)。在利用VoIP技術(shù)進行通信時，一般先使用語音壓縮算法對語音信號進行壓縮編碼處理，再按IP標準進行打包，經(jīng)Internet發(fā)送到接收地；接收端把這些語音數(shù)據(jù)報串起來，經(jīng)解碼解壓縮處理后恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網(wǎng)絡傳送語音的目的。其關(guān)鍵技術(shù)包括：信令、媒體編碼、媒體實時傳輸、業(yè)務質(zhì)量保障和網(wǎng)絡傳輸?shù)取?br /> 當然，VoIP不是非電話網(wǎng)上傳送語音業(yè)務的惟一方式，實際上，存在另外兩種快速、高效、價格合理的能達到長途話音傳輸?shù)姆椒ǎ磶欣^語音網(wǎng)絡技術(shù)(Voice over Frame Relay，VoFR)和ATM語音網(wǎng)絡技術(shù)(Voice over Asynchronous Transfer Mode，VoATM基于異步傳輸模式的語音網(wǎng)絡技術(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(tǒng)設計
一個完整的VoIP系統(tǒng)應包含IP電話終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、網(wǎng)管系統(tǒng)、計費系統(tǒng)等幾部分。本文重點研究可直接掛接在計算機網(wǎng)絡上的IP電話終端。
2．1 硬件系統(tǒng)方案
通過對國內(nèi)外VoIP技術(shù)的研究，要面向社會推廣價格低廉的IP電話業(yè)務，普通用戶的電話終端成本，運營商的設備、管理成本都是必須考慮的因素。因此，設計出了一個VoIP系統(tǒng)方案，如圖1所示。

該設計方案具有一個功能可擴展的基于軟核CPU技術(shù)的IP電話終端；具備基于會話初始化協(xié)議的SIP服務器，該協(xié)議是專為網(wǎng)絡會話而生的；并利用語音接口卡實現(xiàn)SIP與PSTN的互聯(lián)。具有技術(shù)先進、針對性強和通用性好等特點，是可行有效的。
2．2 IP電話終端硬件設計
根據(jù)1P電話終端的硬件需求，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電話終端采用直流9 V供電，通過穩(wěn)壓芯片(輸出+5 V)為電路板供電．終端的A／D、D／A轉(zhuǎn)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)絡接口芯片DM9000A，并為輸入撥號配備了鍵盤(號碼撥盤)，為實現(xiàn)語音數(shù)據(jù)存儲，還在電路上給終端配置了存儲器(SDRAM，SRAM，F(xiàn)LASH)，用戶可以根據(jù)自己的情況選擇包含所有或其中任一種存儲器的電話機。本設計選用了其中的SDRAM作語音數(shù)據(jù)存儲器。
2．2．1 撥號電路
為實現(xiàn)IP電話與普通電話的通用性，該終端加入鍵盤模塊，按鍵開關(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總線收發(fā)器作為緩沖器，電路如圖3所示(由于按鍵過多，圖中僅給出KEY0～KEY3電路)。

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