基于VoIP處理器與USB接口的IP電話設計

1 引言
隨著VoIP的普及，IP電話的通話質量有了明顯改善，與傳統(tǒng)電話相比，已基本沒有差別。另外，它具有傳統(tǒng)電話無可比擬的價格優(yōu)勢，吸引了越來越多的用戶使用IP電話進行通信。目前，有很多廠商開發(fā)了軟IP電話終端，但是用它打電話必須使用耳麥，不符合人們打電話的習慣，而且長時間通話無論從語音質量還是從用戶舒適度上都遠不及傳統(tǒng)電話機，對于操作電腦不甚熟練的用戶則更感困難。因此大多數(shù)人都更愿意用電話機而不是電腦來打電話。根據這種需要，就出現(xiàn)了一些與主機的通信接口相聯(lián)的IP電話機。其中以USB接口的IP電話最為普遍。

通用串行總線（USB）是一種新型接口技術。它是由Intel等公司研發(fā)與規(guī)劃的一種串行通信標準。USB具有以下特點：(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) 提供了對電話的兩路數(shù)據支持。USB可支持異步以及等時數(shù)據傳輸，使電話可與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量的機會，從而使音頻系統(tǒng)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，倍受歡迎。

2器件選擇
2.1 VoIP處理器選擇
從降低成本、簡化設計及其要具有USB接口的要求出發(fā)，我們選擇了Tiger560B VOIP微處理器。它提供了低價格、高質量的IP電話解決方案。它具有以下特點：1）實現(xiàn)了用于網絡電話的所有需要的VoIP功能和USB接口；2）內建支持按鍵鍵盤、LCD、電話接口和震鈴；3）支持H.323和SIP標準；4）不需要驅動，所有驅動都已內嵌在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，支持8位μ率編解碼器接口、μ率到PCM16的轉換、音量控制、自動靜音等；6）支持HID音頻設備類，可直接使用Microsoft 音頻USB驅動，方便了系統(tǒng)的開發(fā)。

2.2 編解碼器選擇
W681511是華邦推出的一款單通道語音CODEC芯片，它是與Tiger560B一同推出的一款針對于網絡電話市場的低成本且高品質芯片組解決方案，相對于市場上其它解決方案，能提供較好的效能以及競爭性的價格。W681511主要應用于網際網絡、整合服務數(shù)字網絡及電話相關產品上。W681511包含所有華邦CODEC 語音芯片系列產品的特色，提供低功耗（當系統(tǒng)處于等待狀態(tài)與停止狀態(tài)時，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(tǒng)實現(xiàn)
3.1整體電路
IP電話的原理圖如圖1所示。它由Tiger560B和W681511及其外圍設備和接口組成。主要電路有：語音電路、LCD顯示電路、鍵盤電路。

3.2外圍電路設計
LCD模塊：LCD用于顯示話機狀態(tài)、時間、主/被叫號碼等信息。它通過Tiger560B的通用I/O接口連接。
按鍵電路：Tiger560B可以通過PIB口直接與44或48鍵盤相連。
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(shù)據時鐘（DCLK）。一幀同步時鐘（FSC）和兩條數(shù)據線（DIN和DOUT）。FSC是8KHZ時鐘，在一個FSC周期內，傳輸和接收8位u－law率音頻數(shù)據。

3.3 USB工作模式設計
Tiger560B實現(xiàn)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總線相連。

USB有四種傳輸方式：控制傳輸、批量傳輸、等時傳輸和中斷傳輸。其中控制傳輸主要用于主機和設備間關于配置、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(shù)據量較小、不定時傳送、允許一定延遲、服務周期受限的設備。等時傳輸用于大數(shù)據量、實時性高、允許一定差錯的設備。

因此，IP電話設立了4個端點：控制端點0，中斷傳輸端點5和等時傳輸端點6、7。

USB端點0是Tiger560B上唯一的控制端點

USB端點5用于中斷傳輸，輪詢間隔為1ms，它用于傳輸鍵盤按鍵值。每一次輪詢發(fā)生時,輪詢兩個字節(jié)到主機。數(shù)據的頭一個字節(jié)為當前AUX針的當前狀態(tài)值。第二個字節(jié)是指定源的值，寄存器0x18定義了這個字節(jié)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。輪詢操作不會與任何制造商命令沖突，因為輪詢在每一個USB SOB分組時完成。字節(jié)1表示任何連接到AUX針的中斷線的狀態(tài)。字節(jié)二是外部設備的中斷狀態(tài)值。

USB 端點6和7用于傳輸16位PCM音頻格式。每一個USB同步傳輸可能傳送8個采樣和16字節(jié)數(shù)據。Tiger560B對8位u－law率和16位PCM音頻編碼進行轉換。Tiger560B可以使用USB SET_CUR音量命令來完成硬件音量調整。麥克風和送話器都支持靜音控制。

3.4 存儲器配置
Tiger560B支持6416 EEPROM。開機后，在RESET信號為低期間，如果如果EECS針為高，Tiger560B就會訪問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USB端點進行訪問，來控制Tiger560B。

4 結束語
本文介紹了一種新型的VoIP處理器Tiger560B和音頻編解碼器W681511。在此基礎上開發(fā)了一套IP電話的原型機。該機通過USB接口與計算機相連，在計算機上實現(xiàn)了SIP協(xié)議。結合基于RTP協(xié)議的服務質量動態(tài)控制策略，可以達到比較滿意的通話質量。

參考文獻：
[1]王瑞剛，李燕編著 IP電話終端設備DD原理、電路及應用。西安電子科技大學出版社
[2]許永和編著EZ-USB FX系列單片機USB外圍設備設計與應用。北京航空航天大學出版社
[3]Tigerjet network Inc。Tiger560B Advanced Information
[4]Winbond. W681511 single-channel voiceband codec Advance Data Sheet