以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法.pdf

一种以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法，属于有线电视和通信技术。包括将USB电话的codec模块通过I/O接口与数字机顶盒的CPU连接、按照G711编码，采用8KH采样频率和A8BI编码方式，将语音编码为语音数据，使每路语音数据速率为64Kbs、采用UDP方式对语音数据进行封装，并选择语音数据包的大小，使每个包中包含16bytes数据、每2ms传递一次语音数据包至IP，通过IP经ARP将语音数据包传递至Ethernet网口，再经该网口传递至网络等步骤。IP电话的信令选择ICMP。它利用数字机顶盒的网络回传及多媒体存取通道通过USB接口实现网络IP电话的功能，大大扩展了机顶盒的功能。可广泛应用于家庭、宾馆等场所中。

1.  一种以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)将USB电话的codec模块通过I/O接口与数字机顶盒的CPU连接，构成IP电话机顶盒；
(2)按照G711编码，采用8KH采样频率和A8BI编码方式，将语音编码为语音数据，使每路语音数据速率为64Kbs；
(3)采用UDP方式对语音数据进行封装，并选择语音数据包的大小，使每个包中包含16bytes数据；
(4)每2ms传递一次语音数据包至IP，通过IP经ARP将语音数据包传递至Ethernet网口，再经Ethernet网口传递至网络。

2.  按照权利要求1所述的以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法，其特征在于所说的IP电话的信令选择ICMP。

3.  按照权利要求1或2所述的以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法，其特征在于所说的IP电话中的CPU采用I²C接口与存储器ROM和RAM连接。

以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法
                     技术领域
本发明属于有线电视和通信技术领域，更明确地说涉及以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法的设计。
                     背景技术
网络电话是目前新兴的通信方式，但现有的网络电话成本很高，难以在市场普及。另一方面，目前国内数字电视的发展迅猛，有线数字机顶盒几乎普及到每个家庭。但目前的数字机顶盒产品仅限于接收音/视频广播或数据广播，不能实现网络IP电话功能，功能比较单一。
                     发明内容
本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法。它将有线电视数字机顶盒技术和通信技术结合起来，利用有线数字机顶盒的网络回传通道以及多媒体存取通道，通过USB接口实现网络IP电话的功能。不需增加更多的硬件，大大扩展了数字机顶盒的功能，为广大用户提供了更多方便，而且成本较低。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
(1)将USB电话的codec模块通过I/O接口与数字机顶盒的CPU连接，构成IP电话机顶盒；
(2)按照G711编码，采用8KH采样频率和A8BI编码方式，将语音编码为语音数据，使每路语音数据速率为64Kbs；
(3)采用UDP方式对语音数据进行封装，并选择语音数据包的大小，使每个包中包含16bytes数据；
(4)每2ms传递一次语音数据包至IP，通过IP经ARP将语音数据包传递至Ethernet网口，再经Ethernet网口传递至网络。
IP电话的信令选择ICMP。如同普通电话(PSTN)那样，打IP电话也要有呼叫的建立、连接、释放等过程。要实现这些过程，就要靠信令来控制，这就是IP电话的信令。按照ITU的建议，在H.323框架协议下的H.245，H.248可以实现这些IP电话的信令，但要实现H.323，哪怕是最精简，也需要较大的程序空间。为节省机顶盒的内存空间，在实现过程中摈弃了H.323，只用其一些基本思想，在TCP/IP协议中去实现IP电话信令。本设计选择ICMP(internet control message protocol)实现IP电话信令。其基本流程为ICMP---IP---ARP---Ethernet.用ICMP实现IP电话信令有两个好处，一是ICMP有请求和应答功能，二是实现ICMP比较简单，它的原型或者基本功能就是Ping功能。这两点既符合简单的要求，又符合IP电话信令的基本要求，从而在ICMP的数据中可自定义IP电话所有信令格式和编码。一个基本的呼叫流程从呼叫、建立通信到释放的全过程是一个正常通信过程。如果是非正常通信过程，大部分是靠定时器或其它信令来支持，在详细设计实现过程当中，需要考虑可能遇到的一切情况，以便能准确判断所发生的一切，来确定下一步所应采取的操作。
本发明利用有线数字机顶盒的网络回传通道以及多媒体存取通道实现网络IP电话的功能，其中网络回传通道包括INTELNET网络接口或者CABLE MODEM两种方式；多媒体存取通道指机顶盒的USB接口。
IP电话部分原理如下：选择已使用很普遍Ethernet网口作为接入网络的接口，而不选择SLIP或MODEM作为接入网络的接口。在Ethernet接口中，IP电话的实现原理实际就是一个TCP/IP协议的分层结构。该分层结构是在遵循SI的七层结构的基础上，做了适当简化的TCP/IP协议机制。由于TCP/IP协议是一个庞大而繁杂的体系结构，几乎涵盖了网络上所有应用，这种实现的基础必须在功能强大的专用CPU的系统上才能实现。所以根据机顶盒的实际应用要求，对TCP/IP协议进行最简化的裁剪，来适应这一应用平台的需要。
IP电话语音数据传输的原理如下：打电话的过程是一个语音信号互相传递的过程。普通电话采取的是电路交换的方式，而网络电话采用的是分组交换的方式。为了实现IP电话，必须首先将语音数据进行封装，然后按照一定路由选择送到目的地。由于网络传输的特点，必然存在语音信号的延时抖动、数据丢失等现象。为了尽量减少语音量的损失，应尽可能的采取一些措施，来确保语音的质量。综合各方面的考虑，语音编码可以按照G711的编码方式，采用8KH采样频率和A8BI编码方式，每路语音数据速率为64Kb/s。这种方式与压缩编码G729的8kb/s数据速率相比，提高了数据传输速度，且保留语音质量，减少了IP电话的语音数据压缩和解压缩的繁杂算法运算，可不使用DSP器件，从而使机顶盒上实现IP电话成为可能。另一方面，可考虑语音数据包的大小，如果语音数据包太大，一旦丢失，会给IP电话语音质量造成较大影响；如果语音数据包太小，需频繁传递，会降低传输效率，并且加大了网络负荷。因此要选择合适语音数据包的大小，采取2ms传递一次语音数据包，在这个包中包含16bytes，使其既能保证语音质量，又不至于给网络造成过大压力。本设计采用UDP(user data protocol)的方式来对语音数据进行封装，对比TCP方式封装数据来说，尽管UDP没有数据丢失的重传功能，但在网络压力不太大的情况下，可以提高传输效率，其传送语音数据的流程即Audio-Data-UDP-IP-ARP-Ethernet。
IP电话中地CPU采用I2C接口与存储器ROM和RAM连接。
依据上述原理，机顶盒的IT部分的硬件设计如下：IP电话的实现可分为三部分：用户接口、I/O接口和存储器接口。下面就以CPU(对机顶盒部分为DCU，为便于叙述，以下称CPU)为中心来说明三个接口的功能：
用户接口：指usb电话部分，包括二个方面：一是键盘(电话机键盘)，它的作用是输入电话号码或者输入IP地址；二是电视屏幕显示，它主要用来显示电话号码或扩展用作显示收发短消息的汉字。
I/O接口：I/O接口包括二个方面：一是CPU与usb电话的codec(code anddecode)模块的接口，它的作用是将数字化的语音读取或送出。codec主要是与IP电话的手柄(speaker and erphone)相连，CPU与codec的接口形式采用usb2。0接口；二是CPU与Ethernet的接口(以太网接口)，它的作用是将IP包接收或者送出，它是进入LAN(local Area network)的通道。ethernet主要完成的是802.3的协议的功能，CPU与ethernet的接口是采用local bus方式相连，这样更便于机顶盒电路的实现。
存储器接口：存储器接口包括二个方面，一是ROM接口，实际中也包括Flash接口，它主要是存储程序代码所用，通常是local bus形式与CPU相连，二是RAM接口，实际中使用EEPROM接口，它主要存储的是数据，使用I2C接口与CPU相连。这些存储设备也是数字机顶盒所必需的，这样恰好兼容双方的需要。
有线数字机顶盒的USB口原用于程序升级、多媒体文件传输等功能，现把它扩展为电话语音信号的数字化传输。在有线数字机顶盒的应用程序层负责进行数据信号的转换，通信协议的建立，以及通信过程的各种控制，这些操作过程通过在机顶盒所带的操作系统上利用软件编程完成。在有线数字机顶盒的出口端可以通过lan网络接口或cable modem接口分别接入到intelnet网络或者有线网络，利用有线数字机顶盒的回传通道建立通信联系。由于有线数字机顶盒带有自己的控制系统以及存储体，可以处理很多种电话的状态，如无人自动应答、自动录音、通话记录管理、电视屏幕显示来电和来电者相关资料以及未来的可视电话功能在电视机上显示等等。
目前市场上带有USB接口的电话价格很低，在有线数字机顶盒上不需增加更多的硬件资源，只需进行相应通信协议的软件开发，便能够以较低的成本实现IP电话功能。
本发明以较低的成本实现了有线数字机顶盒的网络IP电话功能，大大扩展了机顶盒的功能，丰富了消费者的通信方式，而且该技术实现方式随着科学技术的发展具有很强的扩展性。它可广泛应用于家庭、宾馆等场所中。
                   附图说明
图1为数字机顶盒的组成框图。
图2本发明的通信流程图。
图3本发明的基本呼叫流程图
图4本发明IP电话的框图。
                  具体实施方式
实施例1。一种以有线电视数字机顶盒实现网络IP电话功能的方法，如图2～图4所示。
它包括以下步骤：
(1)将USB电话的codec模块通过I/O接口与数字机顶盒的CPU连接，构成IP电话机顶盒；
(2)按照G711编码，采用8KH采样频率和A8BI编码方式，将语音编码为语音数据，使每路语音数据速率为64Kbs；
(3)采用UDP方式对语音数据进行封装，并选择语音数据包的大小，使每个包中包含16bytes数据；
(4)每2ms传递一次语音数据包至IP，通过IP经ARP将语音数据包传递至Ethernet网口，再经Ethernet网口传递至网络。
IP电话的信令选择ICMP。IP电话中的CPU采用FC接口与存储器ROM和RAM连接。
下面以一次打电话的过程来说明图4中IP电话系统工作过程：呼叫建立、通话阶段、拆线阶段。
呼叫建立：在空闲状态下，CPU一直在循环检测是否有摘机或其它用户呼入的信号。用户摘机时，CPU检测到摘机信号，就发送拨号音，用户开始拨号。CPU收到第一个号码后切断拨号音，并给话筒送相应数字键的DTMF音，然后将收到的号码送给电视显示。等号码收齐后，CPU就到RAM中寻找与所拨电话号码对应的IP地址。如果未找到对应的IP地址，就给话筒送忙音，表示没有此电话号码；如果找到对应IP地址，CPU就开始发起呼叫，通过ICMP送到Ethernet，等待被叫用户的回应。当然，在送ICMP时，CPU首先有一个ARP的协议过程，这个过程主要是寻找与IP地址对应的ethernetID号。如果等待一段时间，用户未有回应，说明用户不存在或线路故障，给用户送忙音；如果被叫用户回应，就给话筒送回铃音，同时被叫用户一方振铃。若被叫久不摘机，被叫停止振铃，并发ICMP消息给主叫用户拆线。主叫用户收到此消息，送忙音，等待主叫用户挂机。如果被叫用户在规定时间内摘机，则停止送振铃音，并用ICMP应答信号，通知主叫用户，被叫已应答。主叫用户收到此消息，停止送铃音，通话开始。
通话阶段：进入通话阶段，主叫用户就开始发送话音数据的IP包。具体过程如下：首先将codes编码的语音数据进行接收，并按照UDP进行封装，再封装成IP包送往ethernet；同时，将ethernet接收到的语音IP包进行拆包，并按一定节拍将解封语音数据送到code进行解码，从而将被叫用户的话音送到听筒，将话筒的话音送到被叫方。被叫用户在通话阶段与主叫用户通话阶段所处理的过程完全相同。
拆线阶段：当双方通话阶段结束时，如果主叫先挂机，CPU检测了挂机信号，就经被叫方送拆线信号ICMP。被叫方受到此拆线信号，就给被叫方送忙音，提醒被叫方挂机。如果被叫方挂机，就经主叫方送一个释放应答信号，并停止送忙音，这次通话就宣告结束。相反地，如果被叫方想挂机，其处理过程与上面是相同的。一次通话过程结束后，双方进入空闲状态，CPU再进行循环检测是否有摘机以及其它用户呼入的信号，然后进行上面类似的处理。
实施例1以较低的成本实现了有线数字机顶盒的网络IP电话功能，大大扩展了机顶盒的功能，丰富了消费者的通信方式，而且该技术实现方式随着科学技术的发展具有很强的扩展性。它可广泛应用于家庭、宾馆等场所中。