一种语音网关通讯设备和方法 【技术领域】
本发明涉及一种语音网关通讯设备和语音网关通讯方法，尤其涉及一种结合传统的电话交换机技术与基于互联网协议的语音传输技术(VOIP技术)的语音网关通讯设备和语音网关通讯方法。
背景技术
传统上，为了通讯的目的，几乎每个企业用户或集团用户一般使用专用程控交换机(PBX)来实现固定办公场所内部的互相通话，并通过接入外部公网的方式实现与外部用户的通话。传统的数字程控交换机的工作原理是，首先将呼叫端电话的模拟信号按照统一的标准，在编解码模块内将其转换为数字信号；再进行编码，形成每秒64K位的数据流；该数据流进入到时分数字交换网络芯片，时分数字交换网络可以将此数据流交换到被呼叫端电话的接口上；然后在编解码模块内将此数字信号进行解码；再转换成模拟信号；最后传输到受话端电话机上，这样可以听到另一方的声音。其中，时分数字交换网络芯片是程控交换机的核心，它受主处理器CPU的控制。主处理器CPU中包括了一套进行程控交换控制的较复杂的专用软件系统。使用程控交换机的好处主要是，对于企业内部用户或集团内部用户与外部用户地通话而言，它可以使较多的用户充分共享较少的中继线资源来实现同时通话；对于企业内部用户或集团内部用户之间的通话而言，它可以使这些内部用户之间的通话不受中继线资源的限制，而可以自由地免费通话，从而显著节省费用；此外，还可以拓展出许多补充业务功能。
实现电话通信的另一种设备为利用IP网络来传输语音的设备——VOIP语音网关设备。随着计算机的日益普及和IP技术的广泛应用，各行各业的许多大、中、小企业及许多政府部门都通过租用或自建的方式拥有了自身的IP网，VOIP语音网关设备也应运而生。其工作原理是：接收到呼叫语音信号后，利用压缩算法对语音数据进行压缩处理，然后将语音数据按TCP/IP标准进行打包，经过IP网络把数据包送至被呼叫地，再把这些语音数据包串起来，经过解压处理后，恢复成原来的语音信号，送到被呼叫端，达到由互联网实时传送语音的目的。使用VOIP语音网关系统的好处是，它能直接使用因特网，通用性好，极大地扩大了传递语音信息的范围；节省拨打长途电话的开支；还能拓展出许多其它功能，如同时进行图象传输，等等。
但是，前述两种电话通信设备各自都有不足之处，即：一方面，传统PBX的缺点在于，不同厂家提供的PBX产品含有各厂家的专有技术，产品之间兼容性差、扩展性差；而且，传统PBX不能简单地通过IP(互联网协议)网络传输语音，即不具有VOIP设备所具有的功能。而VOIP技术是实现从传统封闭的电信系统向开放的、以IP为基础的电信平台转变的革命性技术，它开放了以往传统的各个交换控制的平台系统，使得新产品与新应用层出不穷，前景十分广阔。传统的PBX如果不与IP技术相结合，其应用将会受到极大的限制。此外，PBX设备的费用较高，使用PBX拨打长途电话费用亦高。另一方面，语音网关设备不具有数字程控交换机的许多功能，尤其是专用电话交换的许多功能，这便导致在许多应用中，语音网关所提供的功能不能满足用户的需求。如，在有关电话通讯的国家标准中规定了许多的补充业务，语音网关不能实现所有的补充业务功能，这同样会限制其应用范围。同时，当语音网关的一个电话用户呼叫语音网关内部的另一个电话用户时，通话质量下降。因为不论是网关内部还是外部的通话，语音信号均要经过压缩过程后被传输，这样不仅不可避免地要产生失真，导致通话质量下降，并且，语音网关对语音信号的压缩和解压缩过程都要占用系统大量的处理能力，尤其是占用系统的DSP处理能力，这将会导致系统的处理能力降低，或者说，同样多的用户通话，将会占用系统更多的资源，导致对系统的处理能力的要求提高。此外，为了同时使用两者提供的功能，用户不得不同时购置PBX设备和VOIP设备各一套，增加了固定资产成本和维护费用。
【发明内容】
本发明的目的是，提供一种将传统的PBX技术与VOIP技术相结合的新型语音网关通讯设备和新型语音网关通讯方法。
按本发明的一个目的，提供了一种将传统的PBX技术与VOIP技术相结合的新型语音网关通讯设备，包括若干个电话接口及中继接口、数字信号处理器(DSP)、主处理器(CPU)以及以太网接口；以太网一端接到主处理器(CPU)上，另一端接到外部数据网络上；其特征在于，还包括一个时分数字交换网络芯片，所有的电话接口和中继接口都通过编解码模块(Codec)与时分数字交换网络芯片相连接；DSP也与此时分数字交换网络芯片相连接。这样，所有电话接口、中继接口、DSP接口都能通过时分数字交换网络芯片中的时分数字交换网络进行信号的互相交换。当被呼叫对象位于网关外部时，在主处理器CPU的控制下，电话语音通过编解码模块转换成数字信号，然后通过时分数字交换网络传输到DSP，由DSP对数字信号进行压缩处理，形成语音包，之后，主处理器CPU将此语音包发送到外部数据网络，通过外部数据网络到达被呼叫对象。因此，本发明具有了通过互联网传输语音(VOIP)的功能。而当被呼叫对象位于网关内部或者是中继接口时，在主处理器CPU的控制下，将语音信号转换成数字信号，编码后直接通过时分数字交换网络交换到被呼叫端对应的编解码器，解码还原成模拟语音信号，最终达到被呼叫对象。因而，本发明具有了数字程控交换机的所有功能。
按本发明的另一个目的，提供了一种将传统的PBX技术与VOIP技术相结合的新型语音网关通讯方法，如图5所示，包括以下步骤：
a.从电话接口或中继接口端接收呼叫信号，通过编解码模块将模拟语音呼叫模拟信号转换成数字信号并进行编码；
其特征在于，还包括以下步骤：
b.判断被呼叫对象位于网关内部还是外部；如果被呼叫对象位于网关外部，则执行以下步骤c；如果被呼叫对象位于网关内部或者是中继接口，则执行以下步骤d；
c.通过时分数字交换网络传输到数字信号处理器DSP，由DSP对数字信号进行压缩处理形成语音包，然后由主处理器CPU将此语音包发送到外部数据网络，通过外部数据网络到达被呼叫对象；
d.在主处理器CPU的控制下，将编码了的数字信号直接通过时分数字交换网络交换到达被呼叫对象对应的编解码模块，还原成模拟语音信号，最终到达被呼叫对象。
本发明在通常的语音网关中加入了时分数字交换网络，同时通过主处理器的软件控制处理流程，实现通信功能。与传统的PBX相比，本发明有着明显的优势，如：将电话网与计算机网络统一成一个整体，一机两用或多用，除了能为传统的电话用户提供服务外，还能方便地为因特网用户提供服务；同时，除了提供电话程控交换功能外，还能提供语音网关通讯功能；为用户显著节约了设备投资和运行成本；全新的硬件平台和高度集成的系统功能可更加方便和容易地实现增值服务，比如建立呼叫中心、实施VOIP等；将专用的通讯平台搬到大众普遍较熟悉的计算机平台上，有开放的标准，互通性、通用性和实用性更强；使用、配置和维护更加简单；功能更加强大且集成度高，单一系统就可以完成使用传统PBX需外配许多设备才能完成的功能，比如自动话务台、语音信箱等；由于采用了计算机平台，使系统的扩容和升级更加简单和节省投资；应用开发方便简单。而与一般的VOIP语音网关产品相比较，本发明能够实现语音交换功能；内部通话时由于免去了对数据的压缩和解压缩处理，因此减少了语音的失真，提高了通话质量，同时降低了DSP通道的占用，提高了DSP系统的处理能力，有效地降低了系统的成本；此外，能够实现一般VOIP产品所不具备的电话增值业务，如呼叫保持、呼叫等待、三方协商等补充业务；在同样用户数的情况下，本发明的性价比高。因此，本发明不仅能分别克服PBX设备和VOIP设备各自的不足之处，还结合了PBX和VOIP两者的优点，即在实现VOIP功能的同时，又提供了所有的程控交换机的功能，能够满足用户不同场合的各种需求。因此本发明不仅实现了通讯设备功能的完善，有效地降低成本，并且明显提高了内部通话的语音质量。
【附图说明】
图1为现有技术的专用程控交换机的线路连接方框图。
图2为现有技术的VOIP语音网关设备的线路连接方框图。
图3为本发明语音网关通讯设备的线路连接方框图。
图4为本发明设备的时分数字交换网络芯片和主处理器(CPU)的功能模块图示。
图5为本发明方法的流程图。
图6为本发明语音网关通讯方法一个方案的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明设备及方法作进一步的详细说明。
图3为本发明设备的线路连接方框图，本发明的语音网关通讯设备包括若干个电话接口及中继接口、数字信号处理器(DSP)、主处理器(CPU)以及以太网接口；以太网一端接到主处理器(CPU)上，另一端接到外部数据网络上；还包括一个时分数字交换网络芯片，所有的电话接口和中继接口都通过编解码模块(Codec)与时分数字交换网络芯片相连接；DSP也与此时分数字交换网络芯片相连接。这样，所有电话接口、中继接口、DSP接口都能通过时分数字交换网络芯片中的时分数字交换网络进行信号的互相交换。其中，电话接口、中继接口、数字信号处理器(DSP)、以太网接口和编解码模块(Codec)都是PBX技术与VOIP技术领域中的常用部件，可以市购得到。时分数字交换网络芯片和主处理器(CPU)则按本发明设备的功能需要，安装有为此设计制造的逻辑电路和控制软件系统，它们的模块示于图4中。在了解了本发明的内容的基础上，本领域普通技术人员容易得知各个模块的具体内容，并且知道如何实现它们。
图6为本发明语音网关通讯方法一个方案的流程图，包括的步骤为：
第1步：电话摘机，CPU控制时分数字交换网络给电话接口送拨号音；
第2步：用户拨号，CPU控制时分数字交换网络切断拨号音，数据库软件进行号码分析，如果是VOIP呼叫，则执行以下第3步、第4步，否则执行第5步、第6步；
第3步：VOIP任务将呼叫通过VOIP协议发送到网络，到达被叫网关，电话接口通过时分数字交换网络连接到DSP；
第4步：被叫应答，主被叫通话，DSP压缩语音，CPU通过网络接口将语音发送到被叫，然后执行以下第7步
第5步：如果是内部电话，则被叫振铃；如果是中继，则发送呼叫信息到对方。通过时分数字交换网络将主叫电话连接到回铃音；
第6步：被叫应答，通过时分数字交换网络连接主叫、被叫，主叫、被叫通话。
第7步：主叫挂机，切断交换网络，给被叫发送呼叫释放信号，释放系统资源。
为实现以上步骤，本发明方法使用的控制系统采用实时操作系统并以多任务实现，系统中创建的任务模块包括网络任务、接口通信任务、呼叫处理任务、数据库任务、VOIP协议任务、DSP控制通信任务，此外，还可以包括计费任务、维护配置任务等。其中，各任务的具体内容为：
1.网络任务：负责从网络上接受数据和发送数据，实现网络通信。
2.接口通信任务：完成接口板和系统软件之间的通信，收集硬件的事件，并且将系统软件的控制传达到接口板。
3.呼叫处理任务：完成电话、中继的控制，实现数字程控交换机的通信协议、补充业务等。采用有限消息状态级机制，完成对电话接口、中继接口的控制。电话接口、中继接口、交换网络、DSP通道在呼叫处理任务的控制下互相传递语音信号流，完成数字程控交换机的功能。还能与VOIP协议密切配合，实现VOIP功能。
4.数据库任务：为呼叫处理任务和VOIP协议任务服务，提供号码分析、路由选择、资源管理、资源分配等功能。
5.VOIP协议任务实现VOIP的功能，实现与其他语音网关的通信，与呼叫处理任务密切协作，在提供语音通信的同时，还能提供传真业务。
6.计费任务从呼叫处理任务：和VOIP协议任务收集所有的计费原始信息，并发送到计费服务器，使所有的呼叫能够在计费服务器上进行计费，适合运营商或虚拟运营商的运营要求。
7.维护配置任务：完成系统的数据维护和管理，提供多种维护方式，包括HTTP方式、Telnet方式、SNMP方式等多种维护办法。维护配置任务要与数据库任务密切协作，共同完成对系统的配置和维护。
8.DSP控制通信任务：完成对数字信号处理器(DSP)的控制，并且实现系统软件和DSP的通信，能将DSP输出的经过压缩的语音包交给网络任务，也能将网络任务收到的语音数据包发送给DSP，由DSP解压后输出到数字交换网络，由数字交换网络输出到各接口(电话接口和中继接口)，实现VOIP功能。