基于VoIP處理器與USB接口的IP電話設(shè)計

1 引言
隨著VoIP的普及，IP電話的通話質(zhì)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(zhì)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(jù)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(shù)。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(jù)支持。USB可支持異步以及等時數(shù)據(jù)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(zhì)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(shè)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(zhì)量的IP電話解決方案。它具有以下特點：1）實現(xiàn)了用于網(wǎng)絡(luò)電話的所有需要的VoIP功能和USB接口；2）內(nèi)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(qū)動，所有驅(qū)動都已內(nèi)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(qū)動，支持8位μ率編解碼器接口、μ率到PCM16的轉(zhuǎn)換、音量控制、自動靜音等；6）支持HID音頻設(shè)備類，可直接使用Microsoft 音頻USB驅(qū)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(wǎng)絡(luò)電話市場的低成本且高品質(zhì)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(yīng)用于網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)、整合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)及電話相關(guān)產(chǎn)品上。W681511包含所有華邦CODEC 語音芯片系列產(chǎn)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(shè)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(shè)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(jù)時鐘（DCLK）。一幀同步時鐘（FSC）和兩條數(shù)據(jù)線（DIN和DOUT）。FSC是8KHZ時鐘，在一個FSC周期內(nèi)，傳輸和接收8位u－law率音頻數(shù)據(jù)。

3.3 USB工作模式設(shè)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(shè)備間關(guān)于配置、狀態(tài)和控制信息的傳輸。任何USB設(shè)備都必須支持控制傳輸。中斷傳輸用于數(shù)據(jù)量較小、不定時傳送、允許一定延遲、服務(wù)周期受限的設(shè)備。等時傳輸用于大數(shù)據(jù)量、實時性高、允許一定差錯的設(shè)備。

因此，IP電話設(shè)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(jù)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(shè)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(shè)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(jù)。Tiger560B對8位u－law率和16位PCM音頻編碼進行轉(zhuǎn)換。Tiger560B可以使用USB SET_CUR音量命令來完成硬件音量調(diào)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(nèi)容讀入寄存器。

Tiger560B需要的地址空間為256。其中，內(nèi)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(jié)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(chǔ)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(jié)合基于RTP協(xié)議的服務(wù)質(zhì)量動態(tài)控制策略，可以達到比較滿意的通話質(zhì)量。

參考文獻：
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[2]許永和編著EZ-USB FX系列單片機USB外圍設(shè)備設(shè)計與應(yīng)用。北京航空航天大學出版社
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[4]Winbond. W681511 single-channel voiceband codec Advance Data Sheet