基于軟核CPU技術的IP電話接口設計

摘 要：提出了一種基于會話初始化協議的VoIP系統(包括IP電話終端、SIP服務器和PSTN接入端口)，并對SIF，與PSTN的互聯進行了系統級構建。利用Ahera的SOPC軟核CPU技術和Nios II處理器構建了一個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，給產品用戶和運營商提供了一種低成本的多媒體網絡通信終端設備，具有廣闊的市場前景。
關鍵詞：VoIP技術；SOPC；IP電話終端；NiosⅡ；軟核CPU技術

l 引 言
VoIP技術是一種基于IP數據網的語音傳輸技術，它將標準的語音信號轉換成壓縮的數據報后在數據網絡而非傳統的電話網上進行傳輸，是一種實時語音通信技術。在利用VoIP技術進行通信時，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Internet發送到接收地；接收端把這些語音數據報串起來，經解碼解壓縮處理后恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網絡傳送語音的目的。其關鍵技術包括：信令、媒體編碼、媒體實時傳輸、業務質量保障和網絡傳輸等。
當然，VoIP不是非電話網上傳送語音業務的惟一方式，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的方法，即幀中繼語音網絡技術(Voice over Frame Relay，VoFR)和ATM語音網絡技術(Voice over Asynchronous Transfer Mode，VoATM基于異步傳輸模式的語音網絡技術)，但目前這兩種技術的發展速度較緩，技術不夠成熟。

2 硬件系統設計
一個完整的VoIP系統應包含IP電話終端、網關、網守、網管系統、計費系統等幾部分。本文重點研究可直接掛接在計算機網絡上的IP電話終端。
2．1 硬件系統方案
通過對國內外VoIP技術的研究，要面向社會推廣價格低廉的IP電話業務，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技術的IP電話終端；具備基于會話初始化協議的SIP服務器，該協議是專為網絡會話而生的；并利用語音接口卡實現SIP與PSTN的互聯。具有技術先進、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，以太網傳輸部分選用了Davicom公司的網絡接口芯片DM9000A，并為輸入撥號配備了鍵盤(號碼撥盤)，為實現語音數據存儲，還在電路上給終端配置了存儲器(SDRAM，SRAM，FLASH)，用戶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機。本設計選用了其中的SDRAM作語音數據存儲器。
2．2．1 撥號電路
為實現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)。

每個這種開關用來控制史密特觸發電路，史密特觸發裝置的14個出口直接與CycloneⅡFPGA相連。每個開關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)。