基于VoIP處理器與USB接口的IP電話設(shè)計(jì)

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(méi)有差別。另外，它具有傳統(tǒng)電話無(wú)可比擬的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，吸引了越來(lái)越多的用戶使用IP電話進(jìn)行通信。目前，有很多廠商開(kāi)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(xí)慣，而且長(zhǎng)時(shí)間通話無(wú)論從語(yǔ)音質(zhì)量還是從用戶舒適度上都遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)電話機(jī)，對(duì)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(jī)而不是電腦來(lái)打電話。根據(jù)這種需要，就出現(xiàn)了一些與主機(jī)的通信接口相聯(lián)的IP電話機(jī)。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(biāo)準(zhǔn)。USB具有以下特點(diǎn)：(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(dá)480Mbps的高速方式。(2) USB支持即插即用和熱插拔。(3) 提供了對(duì)電話的兩路數(shù)據(jù)支持。USB可支持異步以及等時(shí)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(jì)算機(jī)外，因此減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機(jī)會(huì)，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(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，倍受歡迎。

2器件選擇
2.1  VoIP處理器選擇
    從降低成本、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)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(jià)格、高質(zhì)量的IP電話解決方案。它具有以下特點(diǎn)：1）實(shí)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(biāo)準(zhǔn)；4）不需要驅(qū)動(dòng)，所有驅(qū)動(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)，方便了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

2.2 編解碼器選擇
    W681511是華邦推出的一款單通道語(yǔ)音CODEC芯片，它是與Tiger560B一同推出的一款針對(duì)于網(wǎng)絡(luò)電話市場(chǎng)的低成本且高品質(zhì)芯片組解決方案，相對(duì)于市場(chǎng)上其它解決方案，能提供較好的效能以及競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)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(yǔ)音芯片系列產(chǎn)品的特色，提供低功耗（當(dāng)系統(tǒng)處于等待狀態(tài)與停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，僅需耗費(fèi)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(shí)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(yǔ)音電路、LCD顯示電路、鍵盤電路。

3.2外圍電路設(shè)計(jì)
    LCD模塊：LCD用于顯示話機(jī)狀態(tài)、時(shí)間、主/被叫號(hào)碼等信息。它通過(guò)Tiger560B的通用I/O接口連接。
    按鍵電路：Tiger560B可以通過(guò)PIB口直接與4×4或4×8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(shí)鐘（DCLK）。一幀同步時(shí)鐘（FSC）和兩條數(shù)據(jù)線（DIN和DOUT）。FSC是8KHZ時(shí)鐘，在一個(gè)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(jì)
    Tiger560B實(shí)現(xiàn)了完全兼容的USB 1.1接口，芯片包含USB控制器和標(biāo)準(zhǔn)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(shí)傳輸和中斷傳輸。其中控制傳輸主要用于主機(jī)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(shí)傳送、允許一定延遲、服務(wù)周期受限的設(shè)備。等時(shí)傳輸用于大數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性高、允許一定差錯(cuò)的設(shè)備。

    因此，IP電話設(shè)立了4個(gè)端點(diǎn)：控制端點(diǎn)0，中斷傳輸端點(diǎn)5和等時(shí)傳輸端點(diǎn)6、7。

    USB端點(diǎn)0是Tiger560B上唯一的控制端點(diǎn)

    USB端點(diǎn)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(shí),輪詢兩個(gè)字節(jié)到主機(jī)。數(shù)據(jù)的頭一個(gè)字節(jié)為當(dāng)前AUX針的當(dāng)前狀態(tài)值。第二個(gè)字節(jié)是指定源的值，寄存器0x18定義了這個(gè)字節(jié)的地址。設(shè)置寄存器0x18的6、7位為1能使PIB中止?fàn)顟B(tài)輪詢。輪詢操作不會(huì)與任何制造商命令沖突，因?yàn)檩喸冊(cè)诿恳粋€(gè)USB SOB分組時(shí)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(diǎn)6和7用于傳輸16位PCM音頻格式。每一個(gè)USB同步傳輸可能傳送8個(gè)采樣和16字節(jié)數(shù)據(jù)。Tiger560B對(duì)8位u－law率和16位PCM音頻編碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換。Tiger560B可以使用USB SET_CUR音量命令來(lái)完成硬件音量調(diào)整。麥克風(fēng)和送話器都支持靜音控制。

3.4 存儲(chǔ)器配置
    Tiger560B支持64×16 EEPROM。開(kāi)機(jī)后，在RESET信號(hào)為低期間，如果如果EECS針為高，Tiger560B就會(huì)訪問(wèn)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(guò)USB端點(diǎn)進(jìn)行訪問(wèn)，來(lái)控制Tiger560B。

4 結(jié)束語(yǔ)
    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(kāi)發(fā)了一套IP電話的原型機(jī)。該機(jī)通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)相連，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了SIP協(xié)議。結(jié)合基于RTP協(xié)議的服務(wù)質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制策略，可以達(dá)到比較滿意的通話質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：
[1]王瑞剛，李燕編著 IP電話終端設(shè)備――原理、電路及應(yīng)用。西安電子科技大學(xué)出版社
[2]許永和編著EZ-USB FX系列單片機(jī)USB外圍設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)出版社
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[4]Winbond. W681511 single-channel voiceband codec Advance Data Sheet