基于TIGER560B的USB网络电话终端的实现
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关键词：网络电话;H.323协议；USB；网守
随着因特网（也称IP网）技术的快速发展，IP网络电话已经得到广泛使用。所谓IP网络电话是指利用因特网以分组数据包形式传输语音/传真等的新型电信业务，简称VoIP(Voice over IP:IP网络承载语音业务)。它以低廉的价格，灵活的应用使传统电信业务受到极大的挑战，截止2004年底，几乎占到长途业务量的50%。当然，这主要指各大电信运营商推广IP电话卡形式的IP电话长途业务，其特点是接入部分使用传统电信终端（如电话机、手机），以特殊号码形式识别（179XX），在主干线上以分组的数据包的形式在因特网上传输话音。
本文介绍基于TIGER560B的USB网络电话终端（以下简称USB网络电话），它采用即插即用的USB接口与计算机相连，不需要借助传统电信终端，就可以直接接入因特网。不仅可以拨打长途电话，而且还可以拨打市话。如果用在局域网或者虚拟局域网内，通话完全免费。在因特网普及的今天，使用USB网络电话能为大中型企业事业单位节约大量话费。
1 TIGER560B控制器
早期在计算机上实现话音通信主要采用纯软件形式，借助于网卡连接因特网，声卡通过麦克风和音响实现话音的输入与输出。但缺点首先是接听或拨打电话都要操作计算机键盘，不仅复杂而且不符合人们使用电话的习惯；其次是来话从音箱播出既泄漏隐私又影响他人工作；还有，通话质量差，易产生回音。基于TIGER560B的USB网络电话终端可以克服上述缺点。
TIGER560B是Tiger Jet Network公司研制的专门用于低成本、高话音质量的VoIP处理器，内部包含USB接口。它的集成度很高，内部集成有很多功能模块，外部仅需少量元件就可实现VoIP功能。TIGER560B的功能及外围引脚如图1所示。
TIGER560B的主要组成部分有控制逻辑、音频通道、USB接口、通常I/O接口、外设接口和配置控制接口。
控制逻辑是电路的核心，内含专用处理器，用来协调整个电路的工作；音频通道连接外部音频编解码器，完成音频PCM数据流的输入与输出；USB接口与计算机的USB接口连接，配置控制TIGER560B芯片及TIGER560B连接的编解码器，同时接收和发送计算机侧音频数据流，具有桥接通信作用；通用I/O接口可以控制指示灯、振铃、液晶显示；外设接口接收键盘号码和连接编解码器；配置控制接口采用硬件连接对TIGER560B在不同工作模式进行配置，以便加载不同的驱动程序。
TIGER560B的功能如下：
●支持键盘扫描、液晶显示驱动、电话接口（SLIC）；
●支持H.323协议和SIP协议，实现全部VoIP功能；
●不必安装驱动，因为驱动都已经嵌入到Windows操作系统中；
●能够实现PC到PC的点对点通话，实现因特网内IP电话，通过网关实现与传统电话通话；
●支持USB供电节电模式和远端唤醒功能；
●音频功能
支持USB音频类设备模式；
使用Windows音频USB驱动；
支持8bit μ-Law编解码器接口；
支持音量调节、闭音控制；
●PCM接口支持
Silicon Labs公司的Si3210用户接口电路，华邦公司的W681511型音频编解码器和Motorola公司的MC145480型音频编解码器；
支持TDM、IOM2、GCI；
长帧模式和短帧模式；
●USB接口
全速12Mb/ps，兼容USB101协议；
锁相环、MAC、PHY、收发器集成在芯片上；
内有3.3V调节器；
●支持SPI 4线接口总线；
支持外设总线接口；8bit数据总线、6根地址线、22根通用I/O线、读写复位线等；
●单12MHz晶振、5V工作电压，100引脚PQFP封装。
TIGER560B几乎集成了IP电话终端必备的所有功能，外部仅需连接PCM音频编解码器和键盘等就可以实现VoIP功能。
2 系统组成、工作原理和H.323协议
2.1 USB网络电话的结构
图2为基于TIGER560B VoIP处理器的USB网络电话模块框图。
以TIGER560B为核心的USB网络电话有3种组成形式。
（1）用TIGER560B和音频编解码器（W681511）组成的USB网络电话相当于一个USB外置声卡，没有操作键盘，不需要安装任何额外驱动软件，使用计算机键盘操作电话的拨出和接口。
（2）TIGER560B、音频编解码器、键盘和振铃电路组成的USB网络电话是一个完整的网络电话，使用方法和使用传统电话机拨打、接听完全一样。这种形式需要附加键盘扫描驱动软件和振铃控制驱动软件。若没有安装附加驱动则使用计算机键盘操作。另外，如果需要，还可以增加液晶显示。
（3）TIGER560B和用户接口电路（ProSLIC:Si3210）组成的USB网络电话。此种形式为一单接口小网关，通过它把一个标准的普通电话接入因特网，实现网络电话的功能，能够识别摘机/挂机操作、接收双音多频（DTMF）电话号码，提供全工双向通话。这种形式网络电话需要安装附加驱动软件。本文主要对第二种形式加以说明。
2.2 USB网络电话的工作原理
由于USB接口具有即插即用功能，因此，USB网络电话与计算机的连接十分方便，也可以随身携带。
把USB网络电话直接插入计算机USB接口，并安装相应的驱动软件，就可以在计算机“设备管理”——“人体学输入设备”中看到“USB人体学输入设备”；在“声音、视频和游戏控制”中看到“USB Audio Device”，同时在计算机桌面出现信息窗口。
作为主叫拨打电话时，直接按“摘挂机键”，接着输入电话号码，TIGER560B对键盘直接扫描，将输入的摘挂机信息和电话号码传送到计算机，进行呼叫，被叫摘机进入通话状态。此时，主叫话音由话机手柄麦克风输入，音频编解码器将模拟信号变成PCM格式的数据信号，送入TIGER560B进行处理，再由TIGER560B的USB接口送到计算机，计算机采用H.323协议处理，最后通过网络接口连接到因特网。
被叫是主叫的逆过程。如果有振铃，按“摘挂机键”，直接接听。此时，从因特网来的话音，经计算机处理后从USB接口送到TIGER560B，然后由TIGER560B将话音信息变成PCM数据格式送到音频编解码器，再由音频编解码器将PCM数据格式话音变成模拟话音后，送到被叫话机手柄的耳筒。
不论作为主叫还是被叫，都是全双工、双向实时通信。呼叫、通话、挂机等各种状态在计算机界面都有指示，拨打或者接听电话与使用传统电话完全相同，无需操作键盘进行干预。
2.3 H.323协议实现网络电话过程
本文所述网络电话是计算机的一种辅助外部设备，其网络协议和实现网络电话的多媒体协议H.323均在计算机上实现。
实现网络电话可以采用H.323协议和SIP协议。目前我国主要采用前者。
H.323协议是ITU-T（国际电联）制定的因特网多媒体实时通信协议簇，由呼叫控制、媒体编码、管理控制、网络安全等系列协议组成，其全称是“基于分组交换的多媒体通讯系”。H.323协议提供基于因特网的声音、视频和数据传送的相关标准，定义了4种基本的构成单元：终端（terminal）、网关（gateway）、网守（gatekeeper）和多点控制单元（MCU）。其中网关和网守是网络电话系统的关键。网关实现因特网和网守是网络电话系统的关键。网关实现因特网电话与传统电信网电话的连接，网守负责因特网内电话呼叫、计费和管理等。USB网络电话仅是网络电话终端的一种形式。其协议软件构架如图3规范，而网络电话仅涉及到音频通信部分，因此，多点控制单元MCU不作为其必备设备。
计算机中的软件设计：音频编解码部分能够与USB网络电话手柄通过USB接口收发G..722、G.729、G..723.1等编码，由网络接口传送。提供了网络电话与网守、网关及其他终端之间必需的控制接口，采用H.225.0呼叫控制、H.245信道控制、RTCP实时控制协议来实现。
网守是网络电话系统必备的管理单元，终端上电后首先向网守注册，将其IP地址和电话号码送到网守（电话号码也可以由网守分配），接受网守管理。每次呼叫某个电话，首先与网守交换信息，从网守得到被叫的IP地址，接着与被叫直接通信。通话结束，必须与网守通信，使网守得到本次通话结束信息，作为计费依据或作为历史记录标志。如果仅把USB网络电话用在点对点通话时，那么可以直接呼叫对方IP地址，而不需要网守。
网关是两种不同网络之间的互通设备，完成信令格式、内容转换、通信协议转换、流媒体格式转换。它是网络电话与传统电话互通的必备设备。如果网络电话仅使用在局域网或者虚拟局域网等小范围，可以不需要网关设备，如图4所示。
3 硬件电路设计
USB网络电话机使用TIGER560B型专用控制器，外围硬件电路很少。确保电路成本低，可靠性高。具体电路如图5所示。
图5仅给出TIGER560B的主要连接线，如音频编解码器、键盘、USB接口、振铃电路、晶振电路和工作指示。其他如模式配置，电源线、地线、电阻器连接等具体内容可参阅参考文献[4]。采用TIGER560B设计的网络电话，电路非常简单，不需要编制电话机内软件，所有设置、驱动和应用软件均在计算机上运行，便于批量生产。
TIGER560B能够产生MC14LC5480的时序，如图6所示。使用短帧模式。不需要额外时序产生电路。作为主叫时，MC14LC5480将手柄送来的模拟信号变成PCM数据码流（符合G..711编码规范），然后送到TIGER560B进行处理，TIGER560B通过USB接口将PCM码流送入计算机，计算机将其进行音频编码，转换为G..729、G.723.1、G..722（可在计算机使用界面可设置），再将其从计算机网络接口送到因特网；作为被叫时，MC14LC5480把逆向传来的PCM编码变成模拟信号，送向手柄话筒。
键盘上有摘/挂机按键、号码键、音量控制器、号码修改键、闭音键等，拨打、接听电话不需要操作计算机键盘。与使用传统电话完全一样，方便实用。如果有来话，蜂鸣器将发现“嘟嘟声”提示，计算机屏幕也有指示。
4 软件设计
USB网络电话的音频驱动软件已经嵌入微软的WINDOWS操作系统中，可以实现即插即用功能。可以使用通用的网络语音通信软件如MSN、QQ、OPENPHONE等进行语音交流。此时，USB网络电话相当一个外置声卡，各种操作需要借助于计算机键盘和相应语音软件完成，不能实现键盘扫描和振铃功能。如果要实现完整的电话功能，必须另外开发驱动软件。
本文设计的网络电话软件包括用户界面设计和键盘扫描/振铃驱动两部分。界面设计主要以简洁、实用、美观为主，不作为重点介绍。
设计键盘扫描、振铃驱动部分使用Tiger Jet Network公司提供的SDK开发包，通过编写驱动软件控制TIGER560B内部寄存器实现。软件流程框图如图7所示。H.323协议软件使用SDK开发包提供的库函数，网络协议软件使用WINDOWS操作系统中的协议。
键盘扫描和振铃驱动软件子程序如下：
#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;
}
软件还包括USB通信协议，计算机侧使用WINDOWS支持的USB驱动软件，USB网络电话侧协议软件以微码形式固化在TIGER560B中，不需再写软件。
5 结束语
本项目日前已经完成实验和测试。测试结果表明其话音质量好，工作稳定，可以作为计算机附件。
整个USB网络电话以TIGER560B为控制核心，外接语音编解码器，硬件电路简单，软件运行在计算机上，充分利用了计算机的优势，把计算机变成了一个标准的基于H.323协议的VoIP终端。如果在运营商提供基于纯因特网上的网络电话业务，本文所述的USB网络电话一定会有很好的开发前景。
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