提出了一種基于會話初始化協議的VoIP系統(包括IP電話終端、SIP服務器和PSTN接入端口)，并對SIP與PSTN的互聯進行了系統級構建。利用Altera的S0PC軟核CPU技術和Nios II處理器構建了一個IP電話終端。該設計具有靈活的可擴展性，能夠在實現語音通信的基礎上較容易地擴展視頻接口、短信平臺等多媒體功能，給產品用戶和運營商提供了一種低成本的多媒體網絡通信終端設備，具有廣闊的市場前景。

一、引 言

VOIP技術是一種基于IP數據網的語音傳輸技術，它將標準的語音信號轉換成壓縮的數據報后在數據網絡,而非傳統的電話網上進行傳輸，是一種實時語音通信技術。在利用VOIP技術進行通信時，一般先使用語音壓縮算法對語音信號進行壓縮編碼處理，再按IP標準進行打包，經Internet發送到接收地；接收端把這些語音數據報串起來，經解碼解壓縮處理后恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網絡傳送語音的目的。其關鍵技術包括：信令、媒體編碼、媒體實時傳輸、業務質量保障和網絡傳輸等。 當然，VolP不是非電話網上傳送語音業務的惟一方式，實際上，存在另外兩種快速、高效、價格合理的能達到長途話音傳輸的方法，即幀中繼語音網絡技術(Voice over Frame Relay，VoFR)和ATM語音網絡技術(Voice over Asynchronous Transfer Mode，VoATM基于異步傳輸模式的語音網絡技術)，但目前這兩種技術的發展速度較緩，技術不夠成熟。

二、硬件系統設計

一個完整的VolP系統應包含IP電話終端、網關、網守、網管系統、計費系統等幾部分。本文重點研究可直接掛接在計算機網絡上的IP電話終端。

2．1硬件系統方案
通過對國內外VolP技術的研究，要面向社會推廣價格低廉的IP電話業務，普通用戶的電話終端成本，運營商的設備、管理成本都是必須考慮的因素。因此，設計出了一個VolP系統方案，如圖1所示。

該設計方案具有一個功能可擴展的基于軟核CPU技術的IP電話終端；具備基于會話初始化協議的SIP服務器，該協議是專為網絡會話而生的；并利用語音接口卡實現SIP與PSTN的互聯。具有技術先進、針對性強和通用 好等特點，是可行有效的。

2．2 IP電話終端硬件設計
根據IP電話終端的硬件需求，為該終端配置了音頻接入口、音頻編解碼芯片WM8731；網絡接口芯片 DM9000A；存儲器IC42S16400；主控制器EP2C35；直流電 源9V，如圖2所示。

IP電話終端采用直流9V供電，通過穩壓芯片(輸出 +5 V)為電路板供電，終端的A／D、D／A轉換器選用了Wolfson公司的24 b音頻編解碼芯片WM8731，以太網傳 輸部分選用了Davieom公司的網絡接口芯片DM9000A，并為輸入撥號配備了鍵盤(號碼撥盤)，為實現語音數據存儲，還在電路上給終端配置了存儲器(SDRAM，SRAM， FLASH)，用戶可以根據自己的情況選擇包含所有或其中任一種存儲器的電話機。本設計選用了其中的SDRAM作語音數據存儲器。

2．2．1 撥號電路
為實現IP電話與普通電話的通用性，該終端加入鍵盤模塊，按鍵開關KEY0～KEY9，KEY X，KEY Y，KEY ON，KEY OFF(其中，除KEY ON和KEY OFF是鎖閉式按鍵外，其余均為非鎖閉式按鍵)采用行列掃描式接法， 加入了74HC245總線收發器作為緩沖器，電路如圖3所示 (由于按鍵過多，圖中僅給出KEY0~KEY3電路)。

每個這種開關用來控制史密特觸發電路，史密特觸發裝置的14個出口直接與CycloneⅡFPGA相連。每個開關當不按下時提供一個高電平(3.3 V)，在按下時提供一 個低電平(O V)。非鎖閉式按鍵開關是反彈的，它們相當于電路的時鐘或復位輸入；鎖閉式按鍵是不可反彈的，按下時相當于一個邏輯低電平(0V)，彈出時提供一個邏輯高電平(3.3 V)。

2．2．2 音頻輸入及編解碼
音頻輸入及編解碼電路是通過Wolfson公司的WM8731編解碼器(編碼器和解碼器)實現的。它可以提供高質量的24 b／s音頻，由一系列的IC總線接口控制，這些接口連接到Cyclone II FPGA的引腳上。硬件電路如圖4所示。

三、軟核CPU的構建

Ahera推出的Nios／Nios II系列嵌入式處理器擴展了目前世界上最流行的嵌入式軟核處理器的性能，是Altera 公司為其FPGA產品配套開發的軟核CPU。在邏輯功能 上，它們是32b的精簡指令集CPU，用戶可以獲得超過 200 DMIPS(Dhrystone Millions of Instructions Per Second，百萬條指令／秒)的性能，并從三種處理器(e型、s型、f 型)以及超過6O個的IP核中選擇所需要的。Nios lI系統為用戶提供了最基本的多功能性，設計師可以據此創建一個最適合他們需求的嵌入式系統。Nios及Nios lI處理器 通過FPGA編程的方式實現用戶所需，這是與傳統的 CPU的一個根本的差別。

四、接口電路的軟件設計

4．1軟件設計
作為IP網絡的一個端點，IP電話必須像其他IP終端一樣，為其分配IP地址、子網掩碼、缺省路由器、DNS(Domain Name System，域名系統)等。同時它存在自動和人工兩種配置方式，自動方式的IP電話必須使能DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機分配協議)，手動方式由用戶對IP電話配置必要的信息。整個IP 終端的軟件設計包括了主控制器、網絡接口、音頻輸入／輸出口和可選擇的存儲器等部分的設計，其軟件系統結構如 圖6所示。

4．2 IC語音模塊
由于語音編解碼器的處理延時是影響VoIP話音質量的因素之一，為了保證語音編解碼的實時性，軟件系統在控制WM8731編解碼器的編解碼同時，加入了IC語音模塊，以實現語音數據的實時處理。它采用自頂向下設計方法利用Quartus II進行設計

五、結語

本文研究并設計了一個基于SIP的IP電話終端，其結構比較完整。同時對系統進行了分塊測試和環境測試， 實現了語音數據的A／D、D／A實時轉換，進行了數據報的收發。同時，本文提出的SIP與PSTN的互聯模型，使用戶(尤其是長途電話用戶)不必擔心SIP、IP終端與PSTN 用戶的連接，可以在運營商的支持下自由地同其他用戶進行通信，而不用擔心產生高昂的通話費用。Ahera公司的軟件開發工具Quartus II和NiosⅡ因其功能強大、可移植性強、可擴展性高，作為CPU開發，給大系統的升級與擴展提供了簡便的操作界面與操作方法。

從長遠來看，在VOIP技術發展過程中僅實現語音傳輸功能是遠遠不夠的。但利用Altera公司的軟核CPU技術，若在本文研究的基礎上添加短信平臺、VGA接口等，則IP電話終端就不僅能實現語音通信，還能實現短消息傳輸、視頻通訊等，或者與一些數據平臺服務商聯合，為用戶提供數字點播等服務，以成為一個功能強大的多媒體通信終端。

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