基于fpga电话终端的网络电话通信系统的分析

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1、第一章绪论1．1网络电话通信系统的发展现状电话通信是目前国内外采用的主要通信方式，在现代信息社会中占有十分重要的地位。随着市场经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对电话的需求量日益增高，特别是在企业中。目前各企业的电话通信主要采用两种方式，一种是单独建立程控交换电话通信网络，需要支付大量设备费、安装费、线路费、维护和维修费；另一种是利用电信系统提供的电话通信网络，需要支付大量电话费，并且大量的布线还会给维修带来不便，对环境也带来影响。要实现成本低、效率高、便于控制和维护的新的组网形式唯一的方法就是实现多网合一。随着计算机的普及，计算机网络已经在各个行业中得到了

2、广泛的应用。尤其是企业内部的局域计算机网络，传输速率可达1000Mbps。但是目前计算机网络大部分都应用于网上数据传输方面，其丰富的带宽资源没有得到充分利用，造成了资源的浪费。与此同时，随着数字信号处理技术的发展，各种高效率、高性能的视频及音频压缩编解码的出现，使得语音和视频信号在以太网中的实时传输成为可能。在现有的网络资源的基础上，提高计算机网络资源的利用率，适合我国的国情。目前，国内外也出现了许多将电话通信与以太网结合的技术和设备，其中lP电话(VoiceOverIP,简写VOIP)就是其中之一。VOIP主要是指在lP网络中实时传送语音的技术l¨。近年来，随着VO

3、IP技术的不断成熟，使在口网络上以共享网络带宽的方式提供语音业务成为可能。但VOIP主要是针对Internet，因此其硬件结构和软件协议比较复杂，成本较高。1．2课题研究目的及意义本文针对企业内部的电话通信网设计了基于FPGA电话终端的网络电话通信系统，利用计算机网络实现电话通信，将企业电话通信网融入到局域以太网中，使二网合一。安装方便，能够节省大量建设通信网络的设备费、安装工程费、线路费、维护维修费、电话费等费用，缩短安装工程周期，提高计算机网络资源的利用率，可取得显著的经济效益和社会效益，适合我国国情。本系统具有高度的丌放性、集成性、安全性和灵活性，在企业、教育、

4、科技、电业、银行等行业中具有广泛的应用前景。天津I：业人学硕十学f『{》!论文1．3课题的主要研究内容本文主要以电话通信网与局域以太网的融合为研究对象，利用计算机网络研制了网络电话通信系统，主要包含了以下方面的内容：1．提出一种基于FPGA电话终端的网络电话通信系统的设计方案；2．在分析了ARP协议、IP协议、ICMP协议和UDP协议的基础上，采用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片EPlC3T144C8设计了网络电话终端的硬件电路，包括电话机接口电路、FPGA控制电路、以太网接口电路等电路；3．在FPGA中嵌入了511P内核，将UDP／IP协议移植到51

5、内核中，并编写了网络电话终端的软件，实现对网络电话终端的控制；4．采用ADPCM压缩算法实现了对语音信号32Kbit／s速率的压缩；5．采用UDP／IP协议编写了电话终端与服务器的通信软件，实现语音信号．数据的网络传输；6．在VC++的平台上设计了网络电话通信系统的管理软件。第二章系统总体设计研究方案基于FPGA电话终端的网络电话通信系统主要由以太网、服务器、电话终端和普通模拟电话机组成，其组成框图如图2-1所示。日服务器图2．1网络电话通信系统结构图终端下面以终端A与终端B通信为例，简单介绍本通信系统的基本工作原理及过程【2】o首先，电话A摘机，网络电话终端A识别到

6、话机摘机后向电话A送拨号音并开始收号，终端A接受完号码后将数据打包，发送给服务器。服务器接收到数据包后，首先将A的状态置为“忙”，然后将主叫和被叫的号码映射成lP地址，判断是否有效，如果有效，则判断被叫是否空闲。如果被几L{忙，服务器给终端A发送数据包通知A终端B『F忙，终端A收到天津I：业人学硕十学位论文数据包后，给话机A送忙音。如果被叫空闲，服务器给终端B发送数据包通知其有用户正在呼叫它，B收到数据包后，给话机B送铃流，话机B振铃。当话机B摘机后，首先网络电话终端B会给服务器发送数据包，通知服务器话机B已经摘机，停止给话机B送铃流。服务器将B的状态也置为“忙”。服

7、务器给终端A发送数据，通知终端A话机B已经摘机，并停止给A送回铃音。此时，终端A及终端B均将对方的IP地址设为通信地址，直接向对方发送和接收数据，通话开始。当话机B挂机后，终端B会给服务器发送数据包，通知服务器话机B已经挂机，服务器收到此数据包后将B的状态由“忙一改为“闲"，并立即给终端A发送数据包通知B已经挂机。终端A收到服务器发送的数据包后立即给话机送通话结束音，话机A挂机后，发送数据包给服务器通知A已经挂机，服务器将数据库中A的状态也由“忙”改为“闲”，一次通话结束。第三章网络通信协议3．1TOP／IP协议族概述TCP／IP是用于计算机通信的一