专利名称：虚拟市话转接器及其实现方法
技术领域：
虚拟市话转接器及其实现方法属于互联网语音通信技术领域。
背景技术：
IP电话技术现在已得到充分发展，其中的语音压缩编码技术(如H.723.1)、实时传送协议(RTPReal-time Transport Protocol)、资源预约协议(RSVPResource ReservationProtocol)、呼叫建立和控制协议H.323、SIP等已相当成熟。
现在通过互联网进行语音通信(即IP电话)方式有计算机—计算机、普通电话—普通电话、计算机—普通电话、以太电话机—以太电话机、以太电话机—普通电话等。其中计算机—计算机间的通话建立在声卡、网卡的硬件基础上，使用IP电话应用程序(如NetMeeting)实现语音压缩和通信协议(如H.323)。普通电话—普通电话间的通话一般是通过电话局的IP电话网关实现将市话线的语音信号转换为IP数据包，通过Internet传输。计算机—普通电话间的通话原理是前面两种方式的结合，普通电话通过电话局的IP电话网关接入Internet，在另一端接入计算机的网卡，计算机的IP电话软件完成数据包的处理，从而实现IP电话功能。以太电话机—以太电话机之间的通话基本原理与两台计算机之间通话的原理相似，只是将计算机的IP电话功能简化到独立设备上，并采用双绞线连接以太网络，通过以太网络进入到Internet。
因此，在市场上，目前存在许多IP电话产品IP电话软终端(如netmeeting)、以太电话、IP电话网关、网守等产品。目前这些产品虽然各有特点，但是这些产品都有共同的特征，主要体现在如下几点1.这些产品都是按照相关国际标准(如H.323、SIP)来开发，因此都是在一定的标准体系下运行。
2.这些产品是按照IP电话系统信令来运行，因此有自己的交换和管理系统。
3.由于这些IP产品都遵循相关的国际标准，但这些标准的多样性和复杂性，造成目前市场上开发的IP电话产品的互操作特别困难。
发明内容
本发明目的在于提供一种既可使市话经互联网进行IP通信而且又结构简单、成本低廉的虚拟市话转接器及其实现方法。
本发明提出了一种新型IP电话产品，该产品是一种基于互联网的“虚拟市话转接器”(简称“转接器”)。其基本思想是通过互联网来中继市话线，从而通过互联网覆盖地域广的特点，可将某一市话连接距离延伸到全球范围，从而可以实现市话(以市话费率)在全球范围内漫游。同时还可以一些扩展功能，直接呼叫、语音信箱、手机短信息等。因此产品有如下特点1.设备的目标只是延伸某市话的线路长度，自身不构成交换和管理系统，它还是依托PSTN的交换和管理系统来运行，在连接使用不需其他附加设备。
2.可将某路市话的连接距离扩展到全球范围，而话费几乎还是市话的费率。
3.其呼入和呼出方式与普通市话的使用没有任何差别，从而可以实现所谓“虚拟市话”功能。
4.设备体积小、使用简单，接入方便，可在全球范围内连接互联网，实现某市话在全球范围内的漫游。
5.使用私有协议，可以减少协议开销，提高带宽的利用率。
6.功能强大，但成本很低，性能价格比高。
虽然转接器与传统的IP电话设备(如IP电话网关、以太电话)在基本技术上有些类似，但在实现方法、功能和使用方法上有着本质的不同1.转接器提出的是一种全新的IP语音通信使用方式。该方式综合PSTN网络交换信令系统完整和互联网覆盖地域广的特点，它一方面可以充分利用PSTN信令系统的交换功能来完成电话接续和呼叫，另一方面也充分利用了互联网数据传输范围广的特点，使某市话的延伸具体几乎无限扩大，并可实现全球漫游。尽管目前可以采用“IP电话网关”将普通话机也可接入到互联网，但是，“IP电话网关”是用来连接PSTN和互联网两个不同的网络，需要完成两个网络之间复杂的信令格式转换，是一种高层协议的网间互连设备；而本专利所提出的“市话转接器”只是通过互联网数据传输功能来延伸某一根市话用户线距离，借助PSTN的交换功能来实现电话的呼叫，因此无须“IP电话网关”复杂的信令系统，其交换过程是由PSTN系统来完成。因此，可以将“市话转接器”理解为是用来连接两个“网段”物理层连接设备。因此“市话转接器”在结构上简单的多，在制造成本上要低的多，但在连接功能却与“IP电话网关”接近。
2.转接器也不同以太电话。以太电话是一种端设备，它只能实现两个以太电话之间的点到点呼叫，否则必须借助与IP电话系统的其他设备(如网关和网守)来组建交换机系统。
本发明所述的虚拟市话转接器的特征在于它含有用户线接口电路XS，它和接在市话线上的用户电话机的Tip脚、Ring脚的相连的同时又与电话交换机输出端；市话线接口电路的XO，它含有话音传输接口芯片，它的一端与市话线的Ring脚相连，该接口芯片还有语言的输出输入端Tx、Rx。振铃检测电路一端在用户挂机时经继电器触点C3与市话线Tip脚相连，该端又在用户摘机未呼叫时经继电器另一个触电C2与话音传输接口芯片的B2点相连，该振铃检测电路的振铃检测输出端为A2。
继电器，它的线圈经点C1受控于下边数据处理控制电路。
双音多频即DTMF拨号器，它的输出端D1和上边话音传输接口芯片的信号输入端B3相连，它的输入端有两个，分别为拨号码输入端D2和拨号控制信号输入端D3。
数据处理控制电路，它含有多路模拟开关，它的语言输入端1、语音输出端1，摘机检测信号输入端，振铃控制信号输出端依次分别和用户接口电路的语音输出端，语音输入端，摘机检测信号的输出端，振铃控制信号输入端相连；它的语音输入端2，语音输出端2，拨号控制信号输出端，振铃检测信号输入端则依次分别和市话接口线的语音输出端，语音输入端，拨号控制信号的输入端振铃检测信号的输出端相连；它的拨号控制信号的输入端则同上述继电器线圈上的点C1相连。
PCM编译码器，它同上述多路模拟开关互联；带LCD显示器的单片机，它同上述PCM译码器互连；以太网接口芯片，它与上述PCM编译码器互连；电源分别同上述用户接口电路XS，市话线接口电路XO，数据处理控制电路和以太网接口供电。
在上述数据处理控制电路中有一个数字信号处理器DSP，它分别和上述PCM编译码器，以太网接口芯片和单片机互连。
所述的用户线接口电路XS是芯片MH8612C。
所述的数据处理控制电路中的数字信号处理器DSP是芯片TMS320C5402。
所述的以太网接口芯片是RTL8019AS。
所述的数据处理控制电路中的单片机是AT89C510。
所述的电源是由与外接电路相连的AC220V-DC12V的交流变直流变压器以及与该变压器输出端相连的降压变换芯片7805，5V--5V电压反转用芯片ICL7600，5V-1.8V降压变换芯片TPS76918以及5-3.3V降压变换芯片TPS76933。
本发明所述的虚拟市话转接器的实现方式，其特征还在于其中的虚拟市话呼叫模式，其工作步骤依次如下(1)用户摘机后，转接器向已默认的远程的虚拟市话转接器发送“请求虚拟市话呼叫”的消息；(2)该远程转接器收到上述信令后根据返回自身状态回送“用户忙信令”或“授权方式信令”；(3)呼叫转接器根据返回信令向用户电话端放忙音或授权指示音，同时在LCD上显示；(4)按照授权方式的类别，分别按以下不同步骤实现虚拟市话呼叫若为自动授权方式，则安以下步骤实现(4.1)用户输入密码；
(4.2)输入的密码通过“密码信令”经互联网发送到远程转接器；(4.3)呼叫转接器接着启动Voice-Receive和Voice-send线程，接通呼叫用户的语音通道；(4.4)若密码正确，远程转换器的控制电路便接通市话接口电路，使它的用户电话与市话线断开，进入虚拟市话转接状态；(4.5)远程转接控制器通过继电器使市话线转为与话音传输接口接合的搞机状态；(4.6)用户交换机向市话线发送拨号音。同时，远程转接器的DSP启动Voice Send线程，于是来自用户交换机的拨号音就以音频数据包的形式发往客户端；(4.7)若密码不正确，则远程转接器无响应；若为人工授权方式，则按以下步骤实现(4.1)用户按特定键，启动授权呼叫，向远程转接器发送“呼叫信令”，使其振铃；(4.2)远程转接器使用人员便按下转接器上的一个授权键，使用权呼叫用户接通远程转接器端的市话线。
本发明所述的虚拟市话转接器的实现方式，其特征在于其中的市话漫游模式它是一种能把来自市话线的呼叫转接到默认的被叫转接器的工作模式，其工作步骤如下(1)使转接器的控制电路与市话线接口电路相连，用户电话与市话线断开；(2)当市话线接口电路中的振铃检测电路检测到来自市话的振铃流信号后，便向数据控制电路发出一个正的振铃检测信号；(3)数据控制电路便通过互联网向一个默认且位于外地的被叫转接器发送“振铃信令”；(4)被叫转接器根据自身的状态或振铃回送“用户忙信令”；(5)一旦被叫转接器的用户摘机，便全以摘机信令的形式通知漫游的呼叫方；(6)漫游的呼叫方启动Voice-Send和Voice-Receive线程，接着驱动继电器接通电话线与语音传输接口，建立音频通道；(7)漫游的呼叫方便进入与外地被叫方的通话状态。
使用证明它以简单的设备、低廉的成本实现了使市话能通过互联网进行远距离通信、转接、漫游的目的。
图1.转接器的使用连接方式。
图2.市话转接器示意图。
图3.转接器的电路原理框图。
图4.电话机电流环路图。
图5.MH88612C电路连接图。
图6.市话线接口电路框图。
图7.数据处理控制电路及以太网接口的电路原理框图。
图8.-48V电源接线图。
图9.普通电话模式下的呼叫示意图。
图10.虚拟市话呼叫模式下的连接关系图。
图11.IP电话以太网的模式与普通电话的等效示意图。
具体实施例方式实现A、B两地间的通话需要两个对等的转接器转接器A和转接器B。在实现虚拟市话通信时的连接方式如图1所示转接器只有3个接口。这3个接口功能如图2所示。
(1)转接器的框图如图3所示，它共有五个小部分，见图3用户线接口(XS)电路。该电路提供用户电话机的接口。电话机接头只有两脚Tip和Ring，与交换机输出构成一个电流环路，从而传输模拟信号，如图4所示转接器的用户线接口模块就相当于交换机的用户线接口模块，负责给电话线馈电、馈送振铃流，并检测用户摘机、挂机。电话机挂机时Tip、Ring两端电压VTR约48V，摘机时VTR约8V。振铃流信令是90V25Hz交流信号，该信号被电话机识别后振铃。
用户线接口芯片有很多种，例如MH88500、MH88612、MC3419、MT91610、HC5503PRC等，经过市场调查和性能比较，我们选择了MH88612C芯片。其性能特点如下输入全阻抗200W+560W//0.1mF。
无需变压器来实现2线到4线的转换。
电源和震铃线路。
挂机和拨号脉冲检测。
中继驱动输出。
使用范围广泛。
接收增益可编程。
其电路如图5所示。
MH88612C是用户线接口模块的核心，由图5可见它需要+5V、-5V、-48V电压，这些电压由电源模块提供。
该芯片还通过继电器接一个振铃流发生器，由于铃流发生器成本很高(1W的就要100多块钱)，因此不采用铃流发生器，不通过电话机振铃，而在本模块中使用音乐芯片和蜂鸣器，当需要振铃时使蜂鸣器响铃就可。这样可节省80％成本。
(2)、市话线(XO)接口的电路该模块相当于普通电话，具有拨号、振铃检测和话音传输功能，框图如图6所示。
振铃检测电路可使用MC145447芯片。市话线接口平时处于挂机态，电话线上出现铃流信令时，振铃检测电路检测出该信号，输出高电平，指示有电话呼叫。控制电路模块控制继电器接通话音传输接口芯片，接通电话。在需要对外呼叫时，继电器接通话音传输接口芯片，相当于用户摘机，然后输入4bit的拨号码，由DTMF拨号器输出相应的双音多频(DTMF)音频信号，通过话音传输接口芯片送上电话线，进行音频拨号。DTMF拨号器有UM91531、TP5088等。
总之，该模块就是一个由单片机控制的自动电话。由于电话技术相当成熟，成本低，因此该模块实现较容易。
(3)、数据处理控制电路和以太网络接口模块该模块负责语音信号的量化、编码，语音数据的压缩、打包(编成IP包)，还要提供对各模块的控制、人机交互接口(如液晶显示输出、开关控制等)并提供以太网接口。该模块的框图如图7所示图中多路模拟开关的作用是为本模块切换用户线接口和市话线接口。PCM CODEC是PCM编译码器，兼有AD、DA转换功能。这类芯片有TLV320AIC22、TCM38C17、STAC9721等。
DSP和单片机是本模块的核心。DSP运行速度很快(100MHz)，用于语音压缩、解压缩以及实现IP协议、数据打包等数据处理方面；单片机运行速度较慢，用于慢速的外部控制和液晶显示部分。DSP与单片机间通过IO通信，协调工作。(注意为了进一步节省成本，可以考虑将DSP省掉，语音不进行压缩，直接以PCM传输。因为以太网络接口带宽已能满足要求)。
以太网接口芯片就是我们现在使用的网卡上的核心芯片，用来提供网络接口。
SRAM作为DSP的扩展内存，给DSP提供更多的程序运行空间。EEPROM用来存储DSP程序，以及一些配置数据。
下面介绍芯片选型。经过大量的筛选，我们采用了DSP、单片机、以太网接口芯片和LCD显示器的型号■DSP选用德州仪器公司的TMS320C5402。它是定点数字信号处理器(DSP)，其国内市场价格为50多元人民币，主要特点如下★操作速率达100MIPS；★具有先进的多总线结构，三条16位数据存储器总线和一条程序存储器总线；★40位算术逻辑单元(ALU)，包括一个40位桶形移位器和两个40位累加器；★一个17×17乘法器和一个40位专用加法器，允许16位带/不带符号的乘法；★整合维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度；★单周期正规化及指数译码；★8个辅助寄存器及一个软件栈，允许使用业界最先进的定点DSP C语言编译器；
★数据/程序寻址空间1M×16bit，内置4K×16bit Rom和16K×16bit RAM；★内置可编程等待状态发生器、锁相环(PLL)时钟产生器、两个多通道缓冲串行口、一个8位并行与外部处理器通信的HPI口、2个16位定时器以及6通道DMA控制器；★低功耗，工作电源有3.3V和1.8V(内核)，特别适合电池供电设备。
★144-Pin Plastic Low-Profile Quad Flatpack(LQFP)(PGE Suffix)封装或144-PinBall Grid Array(BGA)(GGU Suffix)封装。
■单片机选用ATMEL公司的AT89C51。其特点和简介摘录如下★与MCS-51TM产品兼容★4K字节的系统内部可重复编程Flash存储器★工作频率为0Hz to 24MHz★3级程序存储器加锁★128×8位内部RAM★32条可编程I/O线路★2个16位时钟/计数器★6个中断源★可编程的串型通道★空载时低功耗AT89C51有32个可编程IO，为对外控制和数据交换提供了便利。它有6个中断源，可用于中断唤醒，例如将摘机检测信号或振铃检测信号接到一个中断源上，无信号时DSP和单片机都处于睡眠状态以减少功耗，如有信号则唤醒DSP和单片机工作。
■以太网接口芯片选用REALTEK公司的RTL8019AS芯片。这款芯片是现在大多数流行的10M网卡选用的芯片，其主要性能如下★适应于Ethernet II、IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BaseT；★支持8位、16位数据总线；★全双工，收发可同时达到10Mbps的速率，具有睡眠模式；★内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；★可连接同轴电缆和双绞线，并可自动检测所连接的介质；★100脚的TQFP封装，缩小PCB尺寸。
RTL8019AS其工作原理简介如下主处理器(本设计中即为DSP)可通过其映射到16个I/O地址上的寄存器来完成对RTL8019AS的操作。按数据链路的不同，RTL8019AS内部通道可划分为远程DMA(remote DMA)通道和本地DMA(local DMA)通道两个部分。本地DMA完成控制器与网线的数据交换，主处理器收发数据只需对远程DMA操作。当主处理器要向网上发送数据时，先将一帧数据通过远程DMA通道送到RTL8019AS中的发送缓存区，然后发出传送命令。RTL8019AS在完成了上一帧的发送后，再完成此帧的发送。RTL8019AS接收到的数据通过MAC比较、CRC校验后，由FIFO存到接收缓冲区，收满一帧后，以中断或寄存器标志的方式通知主处理器，主处理器再作处理。
本芯片的详细说明见RTL8019AS datasheet.http//www.realtek.com.cn。
4)LCD显示器选用精电蓬远公司的MDLS系列液晶显示器，两行文字显示，英文字符集，带背光。该显示器由单片机控制，通过读写显示控制器(LCM)的寄存器控制LCD的显示。利用LCD作为转接器的人机交互接口，可采用菜单显示的方式方便控制。
设计本模块时需要注意的一点是由于TMS320VC5402的IO的最高允许输入电平为3.6V，而以太网接口芯片RTL8019AS和单片机AT89C51都工作在标准TTL电平5V，如果它们的IO与TMS320VC5402的IO直接相连则会对TMS320VC5402造成损害。因此，在它们之间需要加入一级电平转换器。经调研，我们采用74系列的163245号芯片符合要求。它是16位的双电压总线转换器(16-Bit Dual Supply Bus Transceiver)。东芝生产的TC74LCX163245FT就是一款专门用于5V、3.3V混合总线电路的转换器。它的最短工作周期是7ns，因此适用于100MHz的总线。
由于TMS320VC5402的IO输出高电平约为3.3V，符合TTL电器逻辑高电平标准(＞2.5V即可)，所以DSP对外输出的地址总线不必加电平转换器，只需在数据总线加这一级。还有在DSP的输入控制接口如中断输入端也需电要加平转换器。
5)电源由上面各个模块的介绍可知，转换器需要多电压供电。我们希望转接器只需外接一个电源输入，如AC220V-DC12V的交流变直流变压器，然后在转接器内部实现多电压变换，因此需要电源这一模块。
电源模块输入为12V直流电，需要输出-48V、+5V、-5V、+3.3V、+1.8V五种电压。实现直流电压变换有专用芯片，称为开关电源。
12V变到-48V的电压变换芯片很难找，没有找到，最后我们选用了北京益弘泰科技发展有限责任公司型号为NR12D24/100的DC/DC模块电源，输入DC12V，输出±24V，100mA。按下图接线即可输出-48V该公司提供300W以下DC/DC、AC/DC、铃流发生器、隔离放大器四个系列近千个品种的电源产品，但由于这类模块电源较贵而且体积大，所以我们在其余四种电压变换中都不使用模块电源，而采用相应的芯片。
12V-5V降压变换采用7805芯片，5V--5V电压反转采用ICL7660，5V-1.8V降压变换采用TPS76918芯片，5V-3.3V降压变换采用TPS76933芯片。
虚拟市话转接器共有5种工作模式配置模式；普通市话转接模式；点到点的直接呼叫模式；虚拟市话呼叫模式；市话切换模式。
(1)配置模式完成系统相关参数的配置，例如IP地址、网关地址、对等转接器的IP地址和切换模式等。
(2)普通电话呼叫模式在该模式上，用户使用普通电话机只能呼叫本地市话，此时，A、B接口相连，就相当于一台普通电话。但对呼入呼叫，用户可接听本地市话。而且，也可接听虚拟市话(远程市话)。若市话转接器(以下简称转接器)的以太接口C有呼叫时，转接器将根据用户话机当前状态(挂机或摘机态)处理连接关系。在挂机时断开A、B连接，连接接口A与接口C，将呼叫送给交换机；在摘机时向呼叫的转接器回送“用户忙”信令。
(3)点到点直接呼叫模式该模式只能用于两个对等转接器的呼叫，通过互联网呼叫对方接在转接器上的用户电话，例如图1中的甲用户呼叫乙用户。此时采用特定号码来呼叫，如按#键。
(4)虚拟市话的呼叫模式该方式通过互联网和远程市话交换机，采用市话号码来呼叫远方城市任何一部电话。例如图1中甲用户使用本地电话(号码777776)想呼叫远方城市中的一台电话(号码为62788888)，则用户甲只需在本地采用市话拨号方式拨打62788888，则可通过远方城市中的转接器和交换机来接通电话62788888。因此就可以在777776话机和62788888之间实现虚拟的市话通信(两者不在同一城市)，这种通话费用只需付市内电话费和网络费。
(5)市话切换模式直接呼叫模式和虚拟市话呼叫模式的切换可以采用有人工授权和自动授权两种方式。
人工授权方式下，本地用户甲如果要求远程转接器切换到虚拟市话的普通呼叫模式，则首先采用直接呼叫方式呼叫远程用户乙，由用户来拨动开发，将远程转换器切换到远程市话的普通市话呼叫方式。
自动授权方式下，本地用户甲如果要求远程转接器切换到远程市话的普通呼叫方式，则本地用户甲只需向远程转换器输入密码，使远程转换器自动切换到虚拟市话的呼叫方式。
采用授权方式是从安全角度出发的，防止转接器被盗用。
具体实现方式如下上面已详细介绍了转接器的各主要模块硬件设计，下面介绍相关的软件实现方式。
(1)私有信令我们在开发转接器时，两个转接器之间的通信采用私有协议。我们主要定义了如下消息来完成信令过程摘机消息完成摘机的信令过程。
挂机消息完成挂机的信令过程。
用户忙消息被叫转接器发送此消息告知呼叫转接器被叫方忙。
请求虚拟市话呼叫消息用于远程虚拟市话呼叫模式。本地转接器向远程转接器发送此消息请求拨打程虚拟市话呼叫电话。
授权方式消息用于远程虚拟市话呼叫模式。远程端转接器向请求方发送此消息告知其拨打远程虚拟市话的授权方式。
拨号消息用于远程虚拟市话呼叫模式。向远程转接器发送此消息控制其向市话线拨号。
响铃消息用于直接呼叫和远程虚拟市话呼叫模式。当被叫转接器振铃时向呼叫转接器回送该消息，指示被叫方正在响铃。
密码消息用于远程虚拟市话呼叫模式。向远程转接器发送此信令传送请求授权的密码。
设置被叫IP消息用于市话切换模式，用户通过授权后可用此消息远程修改转接器默认的被叫转接器的IP，以便于在旅途中收到转接的电话。
点到点直接呼叫消息用于直接呼叫模式。实现两个转接器之间的直接的呼叫。
(2)各工作模式实现方法■配置模式的配置功能实现在该模式下单片机控制模拟开关接通用户线接口模块，用户利用电话机作为输入设备可对转接器进行配置。其关键技术是DTMF检测，即由DSP检测音频电话机按键时发出的特定的双音多频信号。检测出该信号就能知道用户按下的键。可识别的按键包括0～9，*，#共12个键。转接器需要设置的参数有本机IP地址、网关IP地址、子网掩码、是否允许自动授权、自动授权密码、远程转接器的IP地址等。
■普通电话呼叫模式下呼入呼叫的实现在该模式下，用户线接口模块与用户电话机断开，用户电话与市话线直接连接，但控制模块仍然监听来自网络的呼叫，同时接通市话线接口模块。此时用户电话和市话线接口模块是并联在市话线上的。如果检测到有网络呼叫，而市话线无呼叫(即没有振铃流信号，用户电话不处于振铃状态)，则转接器振铃，否则回送“用户忙”信令。转接器振铃的同时将用户电话切换到用户线接口模块上，控制模块也切换至用户线接口模块。连接示意图如图8所示。
■点到点直接呼叫模式在该模式下，用户摘机后，转接器等待用户拨号(被叫转接器的IP地址)，此时用户也可按下*号功能键，进入选择储存号码的菜单，转接器在液晶显示器(LCD)上显示被叫人列表，让用户选择。下面假设本地转接器(用户A)要直接呼叫远程转接器(用户B)，其过程如下用户A输入了用户B的IP地址后，控制模块用“呼叫信令”呼叫目标IP转接器B。转接器B收到该信令后检测用户电话的状态，如果处于挂机态时就振铃并回送“响铃信令”，如果处于摘机态时就回送“用户忙信令”。转接器A根据返回的信令向用户A的电话播放回铃音或忙音。
如果用户B摘机，转接器B向A发送“摘机信令”，同时启动语音接收、解压缩线程Voice_Receive和语音压缩、发送线程Voice_Send，接通B用户电话的语音通道。转接器A收到“摘机信令”后停止播放回铃音，启动Voice_Receive和Voice_Send线程，接通A用户电话的语音通道，这样用户A、B间的IP语音通道就完全打通了，就可以实现两个转接器之间的直接连接。
■虚拟市话呼叫模式在该模式下，用户摘机后，转接器向默认的远程转接器发送“请求虚拟市话呼叫消息”，远程转接器收到该信令后根据其状态回送“用户忙信令”或“授权方式信令”。呼叫转接器根据返回信令向用户电话播放忙音或授权指示音，同时在LCD上显示状态。
如果是自动授权方式，用户需要输入密码。输入的密码通过“密码信令”发送到远程转接器，然后远程转接器启动Voice_Receive和Voice_Send线程，接通呼叫用户电话的语音通道。如果密码正确，远程转接器的控制模块接通市话接口模块，使它的用户电话与市话线断开，其连接关系见图10。
远程转接器控制市话接口模块的继电器，使市话线由挂机时的与振铃检测电路接合的状态转为与话音传输接口接合的摘机状态。这相当于模拟了一台普通电话机的摘机过程。这时，用户交换机PBX就应该向市话线发送拨号音。同时远程转接器的DSP启动Voice_Send线程，于是来自PBX的拨号音就会以音频数据包的形式发往客户端。DSP还将启动Voice_Receive线程，该线程监听来自呼叫端的音频数据包，负责解压缩这些数据包，对外输出到PCM译码、数模转换芯片，最终通过话音传输接口加载到市话线上。
由于呼叫端转接器的IP音频通道已经建立，所以呼叫用户会听到来自PBX的拨号音，从而知道远程转接器与市话线的连接是完好的，可以开始拨号了。
如果密码不正确，远程转接器不作任何响应，呼叫用户将不会听到拨号声。
如果远程转接器是人工授权方式，则要求呼叫用户按一个特定的键，如“0”数字键，启动授权呼叫。该呼叫是使呼叫方转接器向远程转接器发送“呼叫信令”，使其振铃。如果远程转接器端有人，接听电话，则呼叫方用户可以请求远程转接器使用人员为其授权。如果远程转接器使用人员允许呼叫方拨打网外电话，他可按下远程转接器上的一个授权键，远程转接器就自动将连接关系变成图11连接方式，呼叫用户就能接通远程转接器端的市话线了。
呼叫方用户开始拨号，其号码就是普通电话号码。例如，假设远程转接器在B城，则呼叫方用户拨B城内的电话号码时就不必拨区号。呼叫方转接器将所拨的号码用“拨号信令”发送到远程转接器，且丢弃号码所对应的DTMF语音数据帧。这是通过DTMF_Recognize线程来处理的。DTMF_Recognize对一帧语音数据进行判断。一旦判为DTMF信号，该帧数据就丢弃了，不再压缩、发送，以免造成远程转接器重复发生DTMF信号因为DTMF信号同时也是音频信号，如果其音频数据包也发送到远程转接器，经解码后输出就会加载到电话线路上，相当于向PBX拨号。由于网络延时和语音缓冲(Jitter Bufer)延时，拨号信令包将先到远程转接器，它会控制市话线接口模块的DTMF拨号器产生DTMF信号，隔了一段时间后DTMF音频数据包也到了，又产生同样的DTMF信号，如果相隔时间较长，电话交换机就会认为是拨了两个号码，造成错误。之所以使用DTMF拨号器，是为了生成标准的DTMF信号。
由于音频通道已经建立，用户拨号完成后(由电话局交换机判断)，就会听到来自电话端局的反馈信号音如果拨通，听到回铃音；如果不通，听到忙音。如果被叫电话摘机，呼叫方从声音就能知晓，通话就可以开始；被叫电话挂机，呼叫方就会听到忙音，也就知道通话结束。如果呼叫方用户挂机，呼叫端转接器检测到这个事件，向远程转接器发送“挂机信令”，远程转接器收到后，控制市话线接口模块的继电器断开电话线环路，实现远程转接器的挂机。
在这种模式下，一旦授权通过，呼叫方和远程转接器就建立起一条透明的通话通道，整个等效为一台电话机。
■市话漫游功能的实现该模式是一种能将来自市话线的呼叫转接到默认的被叫转接器的工作模式。在这种模式下，转接器的控制模块与市话线接口模块相连，电话机与市话线断开，连接关系就同图11所示。若有来自市话线的呼叫，即有振铃流信号，市话线接口模块的振铃检测电路检测到后，振铃检测输出为正，控制模块向默认的被叫转接器发送“振铃信令”，被叫转接器根据其状态振铃或回送“用户忙信令”。下面记转接模式下的转接器为转接器A，被叫转接器为转接器B。A等待B返回摘机信令。如B无响应，A就一直等待，相当于电话无人接。
若转接器B的用户摘机，B把这一事件以摘机信令形式通知A，A启动Voice_Send和Voice_Receive线程，接着驱动继电器接通电话线与话音传输接口，模拟电话机摘机。到此，音频通道完全建立，市话呼叫方就可以与用户B交谈了。
在本方式下，转接器所接的电话机不能接听来自本地市话线的电话，因为这些电话都会被转发。但是，来自另外的转接器的呼叫都是可以接听的。下面举个例子来说明这个方式实现过程。
例如用户A家在北京，要出差到广州。他把转接器A接在家里的电话线和网线上，并设为“市话漫游模式”。他带着转接器B到了广州，在酒店房间内接好转接器B并为其分配了IP。通过自动授权，他将家里的转接器A的“默认的被叫转接器的IP”设为转接器B的IP，这样，凡是打到他家的电话都会以IP电话的形式转到转接器B所接的电话上，他就能像在家里那样接电话了，从而实现市话的漫游。另外，他也能利用转接器A的“虚拟市话功能”的功能，拨打北京市内电话。
由此可见，本发明的优点如下利用互联网技术和在IP电话网关技术基础上提出了一种全新基于互联网通信产品。该产品是利用互联网来延伸某一根市话用户线。它不仅具有IP电话价格低廉的优点，而且产品成本低(硬件成本在500元以下)、功能强大(可以实现多种通话模式)、使用简单(在已有电话系统的基础上不需要其他附加设备)的优点。同时可以实现某一市话在全球漫游。
权利要求
1.虚拟市话转接器，其特征在于，它含有用户线接口电路XS，它和接在市话线上的用户电话机的Tip脚、Ring脚的相连的同时又与电话交换机输出端；市话线接口电路的XO，它含有话音传输接口芯片，它的一端与市话线的Ring脚相连，该接口芯片还有语言的输出输入端Tx、Rx。振铃检测电路一端在用户挂机时经继电器触点C3与市话线Tip脚相连，该端又在用户摘机未呼叫时经继电器另一个触电C2与话音传输接口芯片的B2点相连，该振铃检测电路的振铃检测输出端为A2。继电器，它的线圈经点C1受控于下边数据处理控制电路。双音多频即DTMF拨号器，它的输出端D1和上边话音传输接口芯片的信号输入端B3相连，它的输入端有两个，分别为拨号码输入端D2和拨号控制信号输入端D3。数据处理控制电路，它含有多路模拟开关，它的语言输入端1、语音输出端1，摘机检测信号输入端，振铃控制信号输出端依次分别和用户接口电路的语音输出端，语音输入端，摘机检测信号的输出端，振铃控制信号输入端相连；它的语音输入端2，语音输出端2，拨号控制信号输出端，振铃检测信号输入端则依次分别和市话接口线的语音输出端，语音输入端，拨号控制信号的输入端振铃检测信号的输出端相连；它的拨号控制信号的输入端则同上述继电器线圈上的点C1相连。PCM编译码器，它同上述多路模拟开关互联；带LCD显示器的单片机，它同上述PCM译码器互连；以太网接口芯片，它与上述PCM编译码器互连；电源分别同上述用户接口电路XS，市话线接口电路XO，数据处理控制电路和以太网接口供电。
2.根据权利要求1所述的虚拟市话转接器其特征在于在上述数据处理控制电路中有一个数字信号处理器DSP，它分别和上述PCM编译码器，以太网接口芯片和单片机互连。
3.根据权利要求1所述的虚拟市话转接层，其特征在于所述的用户线接口电路XS是芯片MH8612C。
4.根据权利要求2所述的虚拟市话转接器其特征在于所述的数据处理控制电路中的数字信号处理器DSP是芯片TMS320C5402。
5.根据权利所要求1所述的虚拟市话转接器其特征在于所述的以太网接口芯片是RTL8019AS。
6.根据权利要求1所述的虚拟市话转接器其特征在于所述的数据处理控制电路中的单片机是AT89C510。
7.根据权利要求1所述的虚拟市话转接器其特征在于所述的电源是由与外接电路相连的AC220V-DC12V的交流变直流变压器以及与该变压器输出端相连的降压变换芯片7805，5V--5V电压反转用芯片ICL7600，5V-1.8V降压变换芯片TPS76918以及5-3.3V降压变换芯片TPS76933。
8.虚拟市话转接器的实现方法，其特征在于其中的虚拟市话呼叫模式，其工作步骤依次如下(1)用户摘机后，转接器向已默认的远程的模拟市话转接器发送“请求虚拟市话呼叫”的消息；(2)该远程转接器收到上述信令后根据返回的自身状态回送“用户忙信令”或“授权方式信令”；(3)呼叫转接器根据返回信令向用户电话端放忙音或授权指示音，同时在LCD上显示；(4)按照授权方式的类别，分别按以下不同步骤实现虚拟市话呼叫。若为自动授权方式，则安以下步骤实现(4.1)用户输入密码；(4.2)输入的密码通过“密码信令”经互联网发送到远程转接器；(4.3)呼叫转接器接着启动Voice-Receive和Voice-send线程，接通呼叫用户的语音通道；(4.4)若密码正确，远程转换器的控制电路便接通市话接口电路，使它的用户电话与市话线断开，进入虚拟市话转接状态；(4.5)远程转接控制器通过继电器使市话线转为与话音传输接口接合的搞机状态；(4.6)用户交换机向市话线发送拨号音。同时，远程转接器的DSP启动Voice Send线程，于是来自用户交换机的拨号音就以音频数据包的形式发往客户端；(4.7)若密码不正确，则远程转接器无响应；若为人工授权方式，则按以下步骤实现(4.1)用户按特定键，启动授权呼叫，向远程转接器发送“呼叫信令”，使其振铃；(4.2)远程转接器使用人员便按下转接器上的一个授权键，使用权呼叫用户接通远程转接器端的市话线。
9.虚拟市话转接器的实现方法，其特征在于其中的市话漫游模式它是一种能把来自市话线的呼叫转接到默认的被叫转接器的工作模式，其工作步骤如下(1)使转接器的控制电路与市话线接口电路相连，用户电话与市话线断开；(2)当市话线接口电路中的振铃检测电路检测到来自市话的振铃流信号后，便向数据控制电路发出一个正的振铃检测信号；(3)数据控制电路便通过互联网向一个默认且位于外地的被叫转接器发送“振铃信令”；(4)被叫转接器根据自身的状态或振铃回送“用户忙信令”；(5)一旦被叫转接器的用户摘机，便全以摘机信令的形式通知漫游的呼叫方；(6)漫游的呼叫方启动Voice-Send和Voice-Receive线程，接着驱动继电器接通电话线与语音传输接口，建立音频通道；(7)漫游的呼叫方便进入与外地被叫方的通话状态。
全文摘要
虚拟市话转接器及其实现方法属于互联网语音通信技术领域，所述的转接器其特征在于，它含有用户线接口电路，市话线接口电路，数据处理控制电路和以太网接口以及电源。数据处理控制电路负责对上述其它电路的控制及人机交互接口，同时还负责语音信号的量化、编码、语音数据的压缩、打IP包以及提供以太网接口。所述的实现方式主要是虚拟市话呼叫模式和市话漫游功能。其他还能实现点对点的直接呼叫模式和普通市转接模式。它以较简单的转接设备、较低廉的成本、多种通话模式、使用简单作为其特点，通过互联网来无限地延伸一根市话用户线，实现并超过了IP电话的全部功能。
文档编号H04M1/26GK1545306SQ20031011353
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月14日 优先权日2003年11月14日
发明者李星, 黄永峰, 阮方, 邓北星, 李 星 申请人:清华大学