1、引言

IP電話是多媒體技術和互聯網技術相結合的產物，它以其通話費低、方便集成和智能等明顯的優勢激起了眾多消費者的極大興趣，對原有固定電話運營者的長途電話和國際電話業務造成了巨大沖擊。

IP電話的發展已經歷了三代。1995年2月以色列的VocaITEL公司推出了第一個實用的IP電話終端Internet Phone標志第一代IP電話的開始，其后出現了Microsoft公司的Netmeetlng和NetSpeak公司的WebPhone，它們都是基于PC的專用軟件，通過因特網實現計算機到計算

機(PC—PC)的實時語音通信，但使用不方便，語音質量受網絡擁塞程度的影響很大。第二代IP電話采用普通電話機作為終端，通過IP電話網關接人因特網，它的缺點是既占用因特網資源又占用本地電話網資源。第三代IP電話是因特網普及的產物，目前，以太網接口直接人戶已經越來越普遍，有必要開發一種帶有RJ一45以太網接口、直接連人因特網、使用更加方便的IP電話。用戶在打電話時，可以直接撥叫遠端的電話號碼，通過關守(Gate Keeper)把

所撥的電話號碼轉換成遠端IP電話的IP地址，從而建立起通話連接。與第二代IP電話終端不同的是，第三代IP電話終端直接把輸人語音信號數字化，并按照一定的語音壓縮編碼標準算法(如G．728，G．729等)完成對輸入語音信號的實時壓縮，使帶寬從64 kb/s減少降低到8 kh/s甚至8 kb/s以下，大大提高了信道的利用率，IP電話終端遵循SIP(或者H．323)協議。第三代IP電話系統通過網關(Gateway)可實現IP電話和普通電話的互通。

2、 系統介紹
2.1整體概述

IP電話通信的基本原理，就是利用數字通信技術，對語音信號進行數字壓縮編碼處理，然后按TCP／IP標準進行打包，再經過互聯網絡把數據包發送到接收地；接收端將這些語音數據包串起來，經過解碼解壓縮處理后恢復成原來的語音信號，從而達到由互聯網傳送語音的目的。IP電話的基本組成如圖1所示。

IP電話系統有4個基本組件：網絡電話機(IPPhone)，網關(Gateway)，多點控制單元MCU(Multipoint ControlUnit)和網閘(Gatekeeper)。

網絡電話機 是一個IP電話客戶終端，多以硬件形式出現。它可以直接連接在IP網上時宜行實時的語音或多媒體通信。

網關 是通過IP網絡提供PHC}NE—T0一PH0NE語音通信的關鍵設備，是IP網絡和PsTN／ISDN／PRX網絡接口設備。

網閘 又稱網守或關守，用來提供對整個電話系統端點和呼叫的管理功能。主要功能包括地址翻譯，呼叫接納控制，呼叫管理，呼叫權限。在H．323建議中，網閘是一個可選部分，但是對于實際運行的局域網IP電話系統來說，網閘是個重要部件。在本系統中，網閘設立在IP地址的一個終端上。網閘對所有終端用戶的姓名和IP地址進行統一登記和管理，并預先給每個終端用戶分配一個類似電話分機的虛擬電話號碼，以便其他終端用戶進行呼叫。主叫用戶無需知道被叫用戶終端的IP地址，只需輸入其對應的虛擬電話號碼或真實姓名即可。

多點控制單位(MCU) 它的功能在于利用IP網絡實現多點通信，使得IP電話能夠支持諸如網絡會議這樣一對多的通信應用。

2.2 單機的軟硬件設計
2.2.1 單機框圖

IP電話分為接收方和呼叫方。發起通話請求的一端稱為呼叫方，另一端為接收方。根據不同的應用場景呼叫方和接收方可以調換角色，也就是說任意一方都可以發起通話請求，呼叫方發起通話請求輸入接收方IP地址，兩方通過網絡連接成功后利用麥克風和聽筒就可以進行談話了。
對于單機的主要工作部分在網絡電話機單機部份。由于現在ARM 技術的高度發達和日趨成熟，我們選擇了ARM9和μC／OS一Ⅱ搭建平臺來制作網絡電話單機部分，其單機的基本框圖如圖2所示。

2.2.2 單機硬件功能模塊
CPU 內核模塊 其主要功能是為搭建一個帶CPU及存儲器的工作核心。處理器采用三星的S3C2410(ARM920T)，FLASH采用的是SST公司的SST39VF160的NOR FLASH， SDRAM 采用Hynix 公司的HY57V641620HG。

以太網接口 主要幫助CPU完成TCP／IP數據包的接收和發送，這里采用RTI 019AS。RTI 019AS是一種全雙工即插即用的以太網控制器，它兼容RTL8019控制軟件和NE2000 8 b或16 b的傳輸，支持UTP，AUI，BNC和PNP自動檢測模式，支持外接閃爍存儲器讀寫操作，支持I／O口地址的完全解碼，具有LED指示功能。其接口符合Ethernet2和E802．3，10Base5，10Base2，10BaseT標準。

顯示模塊 采用一塊普通數顯LCD，主要是用來完成電話號碼的顯示及一些本機工作狀態的顯示。

鍵盤模塊和E2 PROM 主要提供網絡電話機的撥號鍵盤，完成撥號和電話機的功能設置。EEPROM 主要完成參數的設置。

語音模塊 飛利浦半導體公司的UDA1341TS音頻編解碼器。

上位機接口 完成一些參數的設定和一些已經被記錄的參數的讀取。

2.2.3 系統的軟件設計

軟件設計是基于μC/OS一Ⅱ的，那么軟件方面的工作主要集中在驅動程序的編寫和任務的劃分、任務的編寫等三個方面的工作。由于μC/OS一Ⅱ基本上不提供API接口庫，需要額外向其購買，那么在我們要設計的網絡電話機中，主要要寫的驅動庫有：TCP/IP，液晶驅動，E PROM驅動，鍵盤驅動，10 驅動，USB驅動。這些驅動的編寫有固定的模式和套路，這里不多做介紹。
任務的劃分和優先級的安排的如圖3所示。

從圖3中，可以看出共分8個任務，3個任務鏈，其中待機任務鏈的優先及最高。8個任務分別是：監聽來電任務，監聽服務器任務，監視本機工作狀態和設置任務，返回握手信號任務，接聽電話任務，獲取對方IP任務，按IP與對方取得握手任務。

2．2．4 IP電話軟件結構
IP電話軟件集成了完成語音通話所需的所有功能。該軟件按功能可以劃分為4部分，如圖4所示。

呼叫處理模塊 主要完成呼叫的建立與拆除功能。呼叫控制采用SIP協議建立會話。呼叫建立過程如下：一個SIP終端首先向本地的代理服務器發出呼叫請求；本地的代理服務器通過查詢本地的重定向服務器找到下一個代理服務器的地址，并向其轉發呼叫請求；下一個代理服務器收到呼叫請求后，通過定向服務器找到被叫所在網絡的代理服務器，然后向該代理服務器轉發呼叫請求；被叫所在網絡的代理服務器確定被叫終端，并向被叫終端轉發呼叫請求；被叫終端應答，從而實現連接。

語音編碼／解碼模塊 語音采集得到的PCM 編碼數據雖然能夠提供相當好的長途通信語音質量，但是其速率過高，占用網絡帶寬資源過高。為此需要對語音數據進一步壓縮，以降低語音編碼的速率。相應地在接收端也需要同樣的解壓算法來恢復成原始語音數據。這部分代碼編制時主要采用現在比較成熟的語音編解碼算法，并進行一定的改進，以提高語音通話質量。

數據封包／拆包模塊 此部分代碼對壓縮編碼后的語音數據進行打包，添加包頭、時標和其他信息后形成語音包。在接收時，要進行相應的拆包提取語音壓縮包。

數據傳輸模塊 該模塊主要完成語音包的發送和接收。把音頻數據實時地傳輸給對方是保證實時語音通信的關鍵，所以在考慮可靠性和實時性方面更注重速度和實時性。在選擇協議時采用UDP協議，在編程時對應地使用數據報套接字。

3、 結語
該系統是利用現有的計算機網絡資源組成電話通信系統，無需鋪設電話線路和購置電話通信網絡設備，節省大量建設電話網絡的設備費、線路費和工程費等費用，可取得顯著的經濟效益。在不需要鋪設電話線路的情況下，方便地實現電話通信，增加電話用戶，縮短安裝工程周期。提高計算機網絡資源利用率，擴大電話的普及范圍，使用戶受益，加大信息傳遞量，可收到良好的社會效益。