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IP電話(huà)以其通話(huà)費率低、方便集成和智能化等優(yōu)勢而得到了眾多消費者的極大認可，并因此而對原有固定電話(huà)運營(yíng)者的長(cháng)途電話(huà)和國際電話(huà)業(yè)務(wù)造成了巨大沖擊。因此，隨著(zhù)以太網(wǎng)接口的直接入戶(hù)，開(kāi)發(fā)出一種帶有RJ-45以太網(wǎng)接口并直接連入因特網(wǎng)，從而使使用更加方便的IP電話(huà)非常需要。利用這種IP電話(huà)，用戶(hù)可以直接撥叫遠端的電話(huà)號碼，并通過(guò)關(guān)守(gate keeper)把所撥的電話(huà)號碼轉換成遠端IP電話(huà)的IP地址，從而建立通話(huà)連接。事實(shí)上，新型IP電話(huà)終端已經(jīng)可以直接把輸入語(yǔ)音信號數字化，并按照G．728或G．729等一定的語(yǔ)音壓縮編碼算法來(lái)完成對輸入語(yǔ)音信號的實(shí)時(shí)壓縮，使帶寬從64kbps降低到8kbps，從而大大提高了信道的利用率。IP電話(huà)終端通常遵循SIP(或者H．323)協(xié)議，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)(gate way)實(shí)現IP電話(huà)和普通電話(huà)的互通。 1 IP電話(huà)系統組成 IP電話(huà)通信的基本原理是利用數字通信技術(shù)來(lái)對語(yǔ)音信號進(jìn)行數字壓縮編碼處理，然后按TCP／IP標準進(jìn)行打包，再經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )把數據包發(fā)送到接收地。同時(shí)在接收端將這些語(yǔ)音數據包串起來(lái)。再經(jīng)過(guò)解碼解壓處理，以使其恢復成原來(lái)的語(yǔ)音信號，從而達到由互聯(lián)網(wǎng)傳送語(yǔ)音的目的。IP電話(huà)的基本組成原理如圖1所示。 IP電話(huà)系統一般有*機(IPPhone)、網(wǎng)關(guān)(Gateway)、多點(diǎn)控制單元MCU(MultipointControl Unit)和網(wǎng)閘(Gatekeeper)等四個(gè)基本組件。其中*機是IP電話(huà)的客戶(hù)終端，多以硬件形式出現，它可以直接連接在IP網(wǎng)上，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)的語(yǔ)音或多媒體通信；網(wǎng)關(guān)是通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )提供PHONE-TO-PHONE語(yǔ)音通信的關(guān)鍵設備。是IP網(wǎng)絡(luò )和PSTN／ISDN／PRX網(wǎng)絡(luò )接口設備；多點(diǎn)控制單位(MCU)的功能在于利用IP網(wǎng)絡(luò )實(shí)現多點(diǎn)通信，以使IP電話(huà)能夠支持諸如網(wǎng)絡(luò )會(huì )議這樣一對多的通信；至于網(wǎng)閘，有時(shí)也稱(chēng)為網(wǎng)守或關(guān)守，主要用來(lái)提供對整個(gè)電話(huà)系統端點(diǎn)和呼叫的管理。 網(wǎng)閘的主要功能包括地址翻譯、呼叫接納控制、呼叫管理以及呼叫權限等。在H．323建議中，網(wǎng)閘是一個(gè)可選部分，但是對于實(shí)際運行的局域網(wǎng)IP電話(huà)系統來(lái)說(shuō)，網(wǎng)閘則是一個(gè)重要部件。本系統中，網(wǎng)閘設立在IP地址的一個(gè)終端上。通過(guò)網(wǎng)閘可對所有終端用戶(hù)的姓名和IP地址進(jìn)行統一登記和管理，并預先給每個(gè)終端用戶(hù)分配一個(gè)類(lèi)似電話(huà)分機的虛擬電話(huà)號碼，以便其他終端用戶(hù)進(jìn)行呼叫。主叫用戶(hù)無(wú)需知道被叫用戶(hù)終端的IP地址，只需要輸入其對應的虛擬電話(huà)號碼或真實(shí)姓名即可。 2 IP電話(huà)單機的硬件設計 IP電話(huà)分為接收方和呼叫方。發(fā)起通話(huà)請求的一端稱(chēng)為呼叫方，另一端為接收方。根據不同的應用場(chǎng)景，呼叫方和接收方可以調換角色，也就是說(shuō)，任意一方都可以發(fā)起通話(huà)請求，呼叫方發(fā)起通話(huà)請求并輸入接收方的IP地址，兩方通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接成功后，利用麥克風(fēng)和聽(tīng)筒就可以進(jìn)行談話(huà)了。 IP通話(huà)的主要工作在*機單機部分。隨著(zhù)現在ARM微處理器技術(shù)的高度發(fā)達和日趨成熟，設計中選擇了ARM9微處理器S3C2410和μC／0S-II搭建平臺來(lái)制作*單機部分。一般單機的基本工作框圖如圖2所示。 在圖2中，CPU內核模塊是搭建一個(gè)帶CPU及存儲器的工作核心。其中的微處理器采用的就是三星公司的S3C2410(ARM920T)，Flash采用的 是SST公司的SST39VFl60的NOR Flash，SDRAM則采用hynix公司的HY57V641620HG；以太網(wǎng)接口主要幫助CPU完成TCP／IP數據包的接收和發(fā)送。本設計采用的RTL8019AS是一種全雙工的即插即用型以太網(wǎng)控制器，它兼容RTL8019控制軟件和NE2000 8bit或16bit的傳輸，并支持UTP、 AUI、BNC和PNP自動(dòng)檢測模式，同時(shí)支持外接閃爍存儲器讀寫(xiě)操作以及I／0口地址的完全解碼，此外，它還具有LED指示功能，其接口符合Ethernet2和E802．3、10Base5、lOBase2、10BaseT等標準。 系統中的顯示模塊采用一塊普通數顯LCD，主要用來(lái)完成電話(huà)號碼的顯示及一些本機工作狀態(tài)的顯示；鍵盤(pán)模塊和EEPROM主要提供網(wǎng)絡(luò )電 話(huà)機的撥號鍵盤(pán)，以完成撥號和電話(huà)機的功能設置。EEPROM主要用于系統參數的設置和存儲。語(yǔ)音模塊可選用飛利浦半導體公司的UDAl341TS音頻編解碼器。另外，系統中的上位機接口主要完成一些參數的設定和一些已經(jīng)被記錄的參數的讀取。 3 系統軟件設計 軟件方面的工作主要是驅動(dòng)程序的編寫(xiě)、任務(wù)的劃分和任務(wù)的編寫(xiě)等三個(gè)方面。由于μC／OS-II基本上不提供API接口庫或者需要額外購買(mǎi)，因此，*中需要編寫(xiě)的主要驅動(dòng)軟件有包括TCP／IP、液晶驅動(dòng)、EEPROM驅動(dòng)、鍵盤(pán)驅動(dòng)、IO驅動(dòng)、USB驅動(dòng)等程序。這些驅動(dòng)程序的編寫(xiě)一般都有固定的模式和套路。一般情況下，IP電話(huà)軟件應包括完成語(yǔ)音通話(huà)所需的所有功能。該軟件按功能可劃分為圖3所示的四部分。 3．1 呼叫處理模塊 呼叫處理模塊主要完成呼叫的建立與拆除功能。呼叫控制可采用SIP協(xié)議建立會(huì )話(huà)。呼叫建立過(guò)程通常是先由一個(gè)SIP終端向本地的代理服務(wù)器發(fā)出呼叫請求，本地的代理服務(wù)器則通過(guò)查詢(xún)本地的重定向服務(wù)器來(lái)查找下一個(gè)代理服務(wù)器的地址，并向其轉發(fā)呼叫請求。當下一個(gè)代理服務(wù)器收到呼叫請求后，首先通過(guò)定向服務(wù)器查找被叫所在網(wǎng)絡(luò )的代理服務(wù)器，然后向該代理服務(wù)器轉發(fā)呼叫請求。被叫所在網(wǎng)絡(luò )的代理服務(wù)器確定被叫終端后，再向被叫終端轉發(fā)呼叫請求。最后由被叫終端應答，從而實(shí)現連接。 3．2 語(yǔ)音編碼／解碼模塊 雖然語(yǔ)音采集所得到的PCM編碼數據能夠提供較好的長(cháng)途通信語(yǔ)音質(zhì)量，但其速率往往過(guò)高，因而占用網(wǎng)絡(luò )帶寬資源過(guò)高。為此，一般都需要對語(yǔ)音數據進(jìn)一步壓縮，以降低語(yǔ)音編碼的速率。這樣，相應的，在接收端也就需要同樣的解壓算法來(lái)恢復原始語(yǔ)音數據。編制這部分代碼可采用現在比較成熟的語(yǔ)音編解碼算法，并進(jìn)行一定的改進(jìn)，以提高語(yǔ)音通話(huà)質(zhì)量。 3．3 數據封包／拆包模塊 數據封包／拆包軟件模塊主要對壓縮編碼后的語(yǔ)音數據進(jìn)行打包，包括添加包頭、時(shí)標和其他信息，以使其形成語(yǔ)音包。在接收時(shí)。則應進(jìn)行相應的拆包，并提取語(yǔ)音壓縮包。 3．4 數據傳輸模塊 該模塊主要完成語(yǔ)音包的發(fā)送和接收。因為把音頻數據實(shí)時(shí)地傳輸給對方才是保證實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信的關(guān)鍵。所以，在考慮可靠性和實(shí)時(shí)性方面，更應注重速度和實(shí)時(shí)性。故在選擇協(xié)議時(shí)，可采用UDP協(xié)議，并在編程時(shí)使用對應的數據報套接字。 4 結束語(yǔ) IP電話(huà)通信系統是利用現有計算機網(wǎng)絡(luò )資源組成的電話(huà)通信系統，它無(wú)需鋪設電話(huà)線(xiàn)和購置電話(huà)通信網(wǎng)絡(luò )設備，故可節省大量建設電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的設備費、線(xiàn)路費和工程費用，可在不需要鋪設電話(huà)線(xiàn)的情況下，方便地實(shí)現電話(huà)通信，增加電話(huà)用戶(hù)，縮短安裝工程周期，提高計算機網(wǎng)絡(luò )資源的利用率，擴大電話(huà)的普及范圍，同時(shí)可加大信息傳遞量，因而具有良好的社會(huì )和經(jīng)濟效益。 |
