基于TIGER560B的USB網絡電話終端的實現
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關鍵詞：網絡電話;H.323協議；USB；網守
隨著因特網（也稱IP網）技術的快速發展，IP網絡電話已經得到廣泛使用。所謂IP網絡電話是指利用因特網以分組數據包形式傳輸語音/傳真等的新型電信業務，簡稱VoIP(Voice over IP:IP網絡承載語音業務)。它以低廉的價格，靈活的應用使傳統電信業務受到極大的挑戰，截止2004年底，幾乎占到長途業務量的50%。當然，這主要指各大電信運營商推廣IP電話卡形式的IP電話長途業務，其特點是接入部分使用傳統電信終端（如電話機、手機），以特殊號碼形式識別（179XX），在主干線上以分組的數據包的形式在因特網上傳輸話音。
本文介紹基于TIGER560B的USB網絡電話終端（以下簡稱USB網絡電話），它采用即插即用的USB接口與計算機相連，不需要借助傳統電信終端，就可以直接接入因特網。不僅可以撥打長途電話，而且還可以撥打市話。如果用在局域網或者虛擬局域網內，通話完全免費。在因特網普及的今天，使用USB網絡電話能為大中型企業事業單位節約大量話費。
1 TIGER560B控制器
早期在計算機上實現話音通信主要采用純軟件形式，借助于網卡連接因特網，聲卡通過麥克風和音響實現話音的輸入與輸出。但缺點首先是接聽或撥打電話都要操作計算機鍵盤，不僅復雜而且不符合人們使用電話的習慣；其次是來話從音箱播出既泄漏隱私又影響他人工作；還有，通話質量差，易產生回音。基于TIGER560B的USB網絡電話終端可以克服上述缺點。
TIGER560B是Tiger Jet Network公司研制的專門用于低成本、高話音質量的VoIP處理器，內部包含USB接口。它的集成度很高，內部集成有很多功能模塊，外部僅需少量元件就可實現VoIP功能。TIGER560B的功能及外圍引腳如圖1所示。
控制邏輯是電路的核心，內含專用處理器，用來協調整個電路的工作；音頻通道連接外部音頻編解碼器，完成音頻PCM數據流的輸入與輸出；USB接口與計算機的USB接口連接，配置控制TIGER560B芯片及TIGER560B連接的編解碼器，同時接收和發送計算機側音頻數據流，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在不同工作模式進行配置，以便加載不同的驅動程序。
TIGER560B的功能如下：
●支持鍵盤掃描、液晶顯示驅動、電話接口（SLIC）；
●支持H.323協議和SIP協議，實現全部VoIP功能；
●不必安裝驅動，因為驅動都已經嵌入到Windows操作系統中；
●能夠實現PC到PC的點對點通話，實現因特網內IP電話，通過網關實現與傳統電話通話；
●支持USB供電節電模式和遠端喚醒功能；
●音頻功能
使用Windows音頻USB驅動；
支持8bit μ-Law編解碼器接口；
支持音量調節、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協議；
鎖相環、MAC、PHY、收發器集成在芯片上；
內有3.3V調節器；
●支持SPI 4線接口總線；
支持外設總線接口；8bit數據總線、6根地址線、22根通用I/O線、讀寫復位線等；
●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現VoIP功能。
2 系統組成、工作原理和H.323協議
2.1 USB網絡電話的結構
圖2為基于TIGER560B VoIP處理器的USB網絡電話模塊框圖。
以TIGER560B為核心的USB網絡電話有3種組成形式。
（1）用TIGER560B和音頻編解碼器（W681511）組成的USB網絡電話相當于一個USB外置聲卡，沒有操作鍵盤，不需要安裝任何額外驅動軟件，使用計算機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網絡電話是一個完整的網絡電話，使用方法和使用傳統電話機撥打、接聽完全一樣。這種形式需要附加鍵盤掃描驅動軟件和振鈴控制驅動軟件。若沒有安裝附加驅動則使用計算機鍵盤操作。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網絡電話。此種形式為一單接口小網關，通過它把一個標準的普通電話接入因特網，實現網絡電話的功能，能夠識別摘機/掛機操作、接收雙音多頻（DTMF）電話號碼，提供全工雙向通話。這種形式網絡電話需要安裝附加驅動軟件。本文主要對第二種形式加以說明。
2.2 USB網絡電話的工作原理
由于USB接口具有即插即用功能，因此，USB網絡電話與計算機的連接十分方便，也可以隨身攜帶。
作為主叫撥打電話時，直接按“摘掛機鍵”，接著輸入電話號碼，TIGER560B對鍵盤直接掃描，將輸入的摘掛機信息和電話號碼傳送到計算機，進行呼叫，被叫摘機進入通話狀態。此時，主叫話音由話機手柄麥克風輸入，音頻編解碼器將模擬信號變成PCM格式的數據信號，送入TIGER560B進行處理，再由TIGER560B的USB接口送到計算機，計算機采用H.323協議處理，最后通過網絡接口連接到因特網。
被叫是主叫的逆過程。如果有振鈴，按“摘掛機鍵”，直接接聽。此時，從因特網來的話音，經計算機處理后從USB接口送到TIGER560B，然后由TIGER560B將話音信息變成PCM數據格式送到音頻編解碼器，再由音頻編解碼器將PCM數據格式話音變成模擬話音后，送到被叫話機手柄的耳筒。
不論作為主叫還是被叫，都是全雙工、雙向實時通信。呼叫、通話、掛機等各種狀態在計算機界面都有指示，撥打或者接聽電話與使用傳統電話完全相同，無需操作鍵盤進行干預。
2.3 H.323協議實現網絡電話過程
本文所述網絡電話是計算機的一種輔助外部設備，其網絡協議和實現網絡電話的多媒體協議H.323均在計算機上實現。
實現網絡電話可以采用H.323協議和SIP協議。目前我國主要采用前者。
H.323協議是ITU-T（國際電聯）制定的因特網多媒體實時通信協議簇，由呼叫控制、媒體編碼、管理控制、網絡安全等系列協議組成，其全稱是“基于分組交換的多媒體通訊系”。H.323協議提供基于因特網的聲音、視頻和數據傳送的相關標準，定義了4種基本的構成單元：終端（terminal）、網關（gateway）、網守（gatekeeper）和多點控制單元（MCU）。其中網關和網守是網絡電話系統的關鍵。網關實現因特網和網守是網絡電話系統的關鍵。網關實現因特網電話與傳統電信網電話的連接，網守負責因特網內電話呼叫、計費和管理等。USB網絡電話僅是網絡電話終端的一種形式。其協議軟件構架如圖3規范，而網絡電話僅涉及到音頻通信部分，因此，多點控制單元MCU不作為其必備設備。
計算機中的軟件設計：音頻編解碼部分能夠與USB網絡電話手柄通過USB接口收發G..722、G.729、G..723.1等編碼，由網絡接口傳送。提供了網絡電話與網守、網關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實時控制協議來實現。
網關是兩種不同網絡之間的互通設備，完成信令格式、內容轉換、通信協議轉換、流媒體格式轉換。它是網絡電話與傳統電話互通的必備設備。如果網絡電話僅使用在局域網或者虛擬局域網等小范圍，可以不需要網關設備，如圖4所示。
3 硬件電路設計
USB網絡電話機使用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容可參閱參考文獻[4]。采用TIGER560B設計的網絡電話，電路非常簡單，不需要編制電話機內軟件，所有設置、驅動和應用軟件均在計算機上運行，便于批量生產。
TIGER560B能夠產生MC14LC5480的時序，如圖6所示。使用短幀模式。不需要額外時序產生電路。作為主叫時，MC14LC5480將手柄送來的模擬信號變成PCM數據碼流（符合G..711編碼規范），然后送到TIGER560B進行處理，TIGER560B通過USB接口將PCM碼流送入計算機，計算機將其進行音頻編碼，轉換為G..729、G.723.1、G..722（可在計算機使用界面可設置），再將其從計算機網絡接口送到因特網；作為被叫時，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算機鍵盤。與使用傳統電話完全一樣，方便實用。如果有來話，蜂鳴器將發現“嘟嘟聲”提示，計算機屏幕也有指示。
4 軟件設計
USB網絡電話的音頻驅動軟件已經嵌入微軟的WINDOWS操作系統中，可以實現即插即用功能。可以使用通用的網絡語音通信軟件如MSN、QQ、OPENPHONE等進行語音交流。此時，USB網絡電話相當一個外置聲卡，各種操作需要借助于計算機鍵盤和相應語音軟件完成，不能實現鍵盤掃描和振鈴功能。如果要實現完整的電話功能，必須另外開發驅動軟件。
本文設計的網絡電話軟件包括用戶界面設計和鍵盤掃描/振鈴驅動兩部分。界面設計主要以簡潔、實用、美觀為主，不作為重點介紹。
設計鍵盤掃描、振鈴驅動部分使用Tiger Jet Network公司提供的SDK開發包，通過編寫驅動軟件控制TIGER560B內部寄存器實現。軟件流程框圖如圖7所示。H.323協議軟件使用SDK開發包提供的庫函數，網絡協議軟件使用WINDOWS操作系統中的協議。
鍵盤掃描和振鈴驅動軟件子程序如下：
#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通信協議，計算機側使用WINDOWS支持的USB驅動軟件，USB網絡電話側協議軟件以微碼形式固化在TIGER560B中，不需再寫軟件。
5 結束語
本項目日前已經完成實驗和測試。測試結果表明其話音質量好，工作穩定，可以作為計算機附件。
整個USB網絡電話以TIGER560B為控制核心，外接語音編解碼器，硬件電路簡單，軟件運行在計算機上，充分利用了計算機的優勢，把計算機變成了一個標準的基于H.323協議的VoIP終端。如果在運營商提供基于純因特網上的網絡電話業務，本文所述的USB網絡電話一定會有很好的開發前景。
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