CN1172516C - 用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置。该装置中包括电话市网端口，外接电源插口，语音信号转换电路，麦克风、送话器信号高隔离混合的二、四线转换电路，麦克风的受控自动衰减电路和送话器信号自动增益电路及由单片机CPU为核心搭成的转换控制平台，借助PC机相连的声卡插口和串行(并行)接口，实现麦克风信号自动衰减和送话器信号自动增益的随机调整，从而达到用普通双音频电话完成网上通讯的高质量效果。
Description
技术领域
本发明属于在网上实现语音信息交换的专用接口装置，特别是应用普通双音频电话实现高质量语音信息交换的专用设备。
背景技术
由于互联网没有区域和国家的概念，其语音交换平台主要依靠软件程序进行，并能通过网关和市话联网，所以在网上拨打国际长话的费用非常低。局域网(包括跨区域或国界的虚拟局域网)内的PC机用户间的通话可以完全免费。尽管网内的PC机IP地址是随机的，但仍可通过查注册表的方式方便呼叫。所以在互联网上拨打电话，是通信技术发展的新亮点。从技术实现的角度来，不外乎是两种方法：其一是不用PC机，用专用的网络电话、网关、关守、程控交换机组成系统，实现互联网内、网外的联网通信；其二是利用PC机及其声音多媒体，借助于互联网上低收费的语音交换平台或免费的局域网内的语音交换系统，来实现PC对PHONE、PC对PC的通信。从应用群体来看，第一种系统由于造价高、投资大，只适用于大的通信营运商和跨区域、国界的企业、商业集团。第二种系统，对于有PC机的用户基本上没有什么投入，所以它拥有庞大的用户群。第二种系统的通话质量虽然主要依靠专用网站语音平台上的软件程序来保证，但用户端PC机和耳机、麦克组合之间连接的电平匹配也直接影响通话效果。由于PC机的声卡及外接耳机、麦克风均为技术含量较低的产品，它们的输入、输出电平要求并不严格，再加上PC机上都可人工对耳机、麦克放大器的增益进行调整，所以不同厂家生产的声卡、耳机麦克风组合的技术指标相差很大。在用于网络电话系统时，很难进行匹配调整，这就是很多PC机用户感到网络电话通话效果差的真正原因。
除此之外，耳机、麦克的组合完成家用网上的直接通讯使普通人十分不习惯之外，还增加了操作上的许多不方便之处，包括键盘拨号实现网上与远途普通市网话机的通讯等，不但没有利用普通双音频电话中已经十分成熟的技术，而且使用户采用网上通讯的方便的同时又增加著多的不方便。
发明内容
本发明的关键设计思想是企图将普通双音频电话引入网上通讯，不但要全部利用现在双音频电话所具有的完善的功能设计，而且可保证智能化的随机调整和多种信令的辨别与传输，使在完成上网连接之后实现用普通双音频电话进行呼叫和通信成为可能。
具体的设计中我们知道，在对模拟信号进行A/D转换时，对信号的要求是比较严格的：一个失真或限幅的声音信号到A/D转换后误码率会大幅提高，要想提高网络电话的通话质量，如果送话器(英文：SPEAKER，缩写SP。)信号过小会使你听起来十分费力。如果送话器信号过大通话的对方会感到回声加大。PC机和耳机、麦克风(英文：MICROPHONE，缩写MIC。)组合相接的声卡口的耳机、麦克风放大器增益应调至最佳状态，除专业人员外，普通用户很难做到这一点。如果我们设计一个单片机CPU为核心搭成的转换控制平台，在自动进行系统调整的同时，输入一定的音频信令，经麦克风放大后，再反馈给送话器输出(PC机现行声卡的调整模式)，此信号经译码器变成二进制信号送入单片机，由CPU确定它的误码率，再由工作软件确定并记忆它的麦克风输出衰减器的衰减量，可获得麦克风信号电平的最佳匹配，直到电路断电为止。至于从声卡接口输出的送话器信号，尽管电平可调范围很大，但毕竟都属于大信号，可以设计一个高性能的自动增益放大器，无论送话器信号输出是大是小，均可以保证开机后传输的信号大小不变，这个预先设定的信号幅度，不会对麦克风迥路造成任何不良影响。这时我们将普通的电话机(双音频)接入该装置后完成与PC机的连接，不但应用起来使人们感到十分舒服、习惯(与耳、麦组合相比)，而且它的价格便宜。普通双音频电话目前电路芯片的总体设计完善而优秀，语音电平具有国际统一的标准规范，所以其适应性强，通话质量容易控制在一个非常标准的范畴之内。而且电话机的DTMF信号源标准，方便自适应电路的设计标准化，单片机CPU为核心搭成的转换控制平台很容易将双音频电话发出的DTMF信号变化成为PC机可识别的信令，使网上直接拨号亦成为现实。也就是说本发明所设计的专用装置是一个用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，它是一个由单片机CPU为核心搭成的转换控制平台、具有记忆功能的受控麦克风衰减电路、高性能送话器信号自动增益电路和一个双向相互独立传输麦克风和送话器信号的，具有高隔离与混合功能的二、四线语音信号转换电路组合在一起的一个专用装置，它与单片机CPU为核心搭成的转换控制平台的管理软件配合完成取代耳、麦组合实现高质量网上通讯的专用装置，一经初步安装调试后其即具有与所用电话机相适应的高保真传输特性，则网上通迅的工具就成为了现实。
下面将结合所给出的附图，进一步说明本发明的结构原理，以及本发明的目的是如何实现的。
附图说明
图1是本发明的原理框图和信号传输结构图。
图2是就图1设计原理给出的实施例电原理图。
附图中1代表普通双音频电话机，2代表市话线，3代表语音信号转换电路，4代表语音信号直流回路二、四线转换电路，5代表受控麦克风衰减电路，6代表送话器信号自动增益电路，7代表以单片机CPU为核心搭成的转换控制平台，7-A代表DTMF信号放大电路，7-B代表DTMF信号译码器，8代表串行接口(或并行接口)，J1代表电话机插口，J2代表市话网插口，J3代表外接12伏电源插口，J4代表PC机的多媒体声卡插口，J5代表串行口与PC机相连口的接插口，U1为串行接口223芯片，U2为一个8位单片机，U3为译码器，U4、U5为四运放芯片，U6为看门狗芯片，U7～U9这适配电源芯片，RX代表一个受控衰减器，W1、W2为电流器，M1为场效应管。R为电阻，C为电容代码，S1代表单刀单掷开关、S2为单刀双掷开关，D1为二级管，D2为发光二级管，L1代表铃流信号。
具体实施方式
如附图1所示，给出的是本发明的结构原理图，该装置在应用时与普通的双音频电话1相连(通过S2)，市话线可做为选择通讯方式(通过S2)，亦可将其与装置通过转换电路3接入单片机组成的转接控制平台7。此外还有与PC机相连接的声卡输出、输入端口J4和串行接口J5，其结构电路包括以下几个主要部分，包括普通双音频电话1在内的语音信号转换电路3，单片机为核心搭接成的转换控制平台7，语音讯号直流回路的二、四线转换电路4，受控麦克风信号衰减电路5和送话器信号自动增益控制电路6。由普通双音频电话1引出的语音信号，经过开关S1转接送至具有将麦克风与送话器信号高性能隔离与混合特性的二、四线转换电路4。麦克风信号的输出端自转换电路4引出后经受控麦克风自动衰减电路5衰减后分为两路，其中一路接至PC机多媒体声卡接口麦克风输入端口J4-1，该路信号以高保真性能进入PC机进行处理后，以数字信号发上网实现语音的网上输出。而另一路送入单片机CPU为核心搭成的转换控制平台7，这路主要是检测出来自普通双音频电话机中发出的DTMF信号，将其检测放大处理成数字信号，在单片机平台内EPROM中的软件管理下形成符合标准的网上通讯信号，从而可以实现网上应用普通双音频电话实现网上拨号，二次呼叫等各类通讯操作。
从PC机多媒体声卡接口J4-2引出的送话器信号送至自动增益控制电路6处理后传入二、四线传换电路4的输入端经混合处理进入普通电话1的语音信号线。
同时转入单片机CPU搭成的转换控制平台7的还有从市话网引入的铃流信号及铃流信号中复含的来电地址码的显示信号，该信号在处理软件的有效管理下转换成标准信号从该平台输出，经串行接口电路8(也可采取并行结口)输至PC可充分利用PC机的资源将来电及来电码标贴在相应的CRT区域。以使用户在通话的同时监视市话网的呼叫信息，甚至可以直并两部普通双音频电话机，这样就可以一线双机，达更加完备的功能。
从所给出的实施例电原理图中可以看出，本发明中的普通双音频双话语音信号转换电路3主要是已有电话插接口J1，市话线插口J2和外接直流恒压源插口J3。其中设一个双刀双掷的转换开关S2，如果采用双机线路则S2可完全不使用。其中J3-3脚接至PC机串行接口的一个输入脚直接用来检测铃流及复合的来电显示码。
语音信号从网上和电话机之间的双向传输的关键设计是一个使麦克风信号和送话器信号高性能混合与隔离的二、四线转换电路4，从而实现从电话到网口的双向语音信号互传。随电话机的麦克风信号进入二、四线转换电路4的还有由电话机发出的DTMF信号指令，它亦从该电路的麦克风信号输入，但被引至由单片机CPU为核心搭成的转换控制平台7的输入端口，则该端至单片机芯片U2的输入脚之间还设置了一个DTMF信号的放大电路(7-A)和DTMF信号模数转换电路A/D(7-B)的串联电路，然后以数字码形式进入单片机在EDROM中软件的指挥管理下经处理后转发至PC机的串行接口8。
为了完成本装置与用户电话之间的适应性调试本发明在DTMF放大电路7-A前端接入了一个单刀单掷的转换开关S1，开关的一端接二、四线转换电路4的麦克风信号输出端脚，另一端接到送话器信号自动增益电路6的信号输入端口。调试时将S1转至送话器信号端。这时输入一个DTMF信号，此信号会径麦克风的通道会通过放大器(7-A)、译码器(7-B)进入单片机CPU为核心搭成的转换控制平台，在软件管理下完成对其误码率的判定，再根据误码率设定相应的数字代码指令至麦克风的受控衰减电路5的控制端，从而确定麦克风衰减电路的衰减分贝值，并形成记忆。方框5所给出的正是这样一个具有记忆功能，受控于单片机转换控制平台7发出的指令的自动衰减电路可以实现随指令而变化其衰减分贝值，确保电话机的麦克风信号到PC机的声卡口后实现最佳的匹配状态，直至该电路关闭为止。所以，当S1完成调试预置后，将S1恢复至图1所示的状态，即可以实现本发明中所希望的那样实现由麦克风到PC机的随机智能化调整。
从附图1中还可以看出有一个从市话线插头J2-3脚直接引出的信号线是用来检测铃流的信号，当铃流信号传输过程中会得合来电的地址码信号，该信号从双音频普通电话引出时可以是经转换为数字信号，即是说铃流信号经铃流处理与检测电路后进入平台的可以是标准的数字信号，这里就不再多叙，它从J2-3中引出，进入单片机CPU平台7的一个串行脚接入即可。
从附图2给出的实施例电原理图中可以清楚地理解本发明的设计思想，以及是如何用本装置实现普通双音频电话网上通讯的。
普通双音频电话的语音信号转换电路3是由双刀双掷的转换开关S2为核心的一个切换电路，它包括与开关S2相连的普通双音频电话的插接口J1，市网话插口J2，直流稳压插口J3的切换电路，铃流信号从市话网插脚J2-3引出经铃流识别与转换电路送到单片机CPU组成的转换控制平台7外的信号输入脚上。S2应用时状态如图2，亦可在J3并上另外一台话机组成双机连用。
本实施例中由单片机CPU为核心搭成的转换控制平台7，是采用了一个8位单片机U6，以及其外围阻容器件C1～C6、C8，C9，R6，晶振Y2构成了单片机的工作平台，可以在单片机U2的EPROM中写入相应的管理程序(也可由生产厂家将程序做成单片机的ROM外设)。配套设置有串行接口U18和为保证管理软件更好工作的看门狗芯片U3。经市话网线采集到的信号L1经铃流识别电路处理后，麦克风传出的话机语音信号及内含的DTMF信号，经DTMF放大电路U5D放大后再经U3译码送入CPU组成的平台处理后再经U2输出脚(P1.7，P3.7)，控制衰减电路的分贝值，其它数字信号经串行口U送入PC机，实现网上拨号及来电的显示等具体功能。
具有高隔离与混合性能的双向语音传输二、四线变换电路6乃是本电控装置的关键设计内容，在本发明的实施例中是由四运放U4(A-D)及U5-A，及外国元器件R3～R5，R10、R12、R17、C17、C18、C20及调节可变电阻W1、W2构成的双向语音传输通道。由麦克风发出的语音信号经电容C10，电阻3、W1耦合进二、四转换电路，麦克风语音信号自U5D脚1输出送入可控麦克风信号衰减器(RX)，衰减后信号的经J3-3脚输入PC机的声卡，输入PC机并从网上发送出去。
衰减器RX为一个受控麦克风信号衰减电路，其中控制指令来自U2R1.7脚和3.7脚，其指令信号可形成00，01，10，11四个等级的码，以控制衰减电路调整衰减的分贝数，具体的衰减电路是常规电路在此不再具体举例。实施例中麦克风信号自二、四线转换电路4麦克风信号输出端即U5A的输出端引至衰减器RX的一脚，受转换控制平台7发出的指令控制进行衰减处理后的麦克风信号再经电容C19耦合输入PC机声卡插头J4的第三脚，送入PC机处理。当然根据设计受控信号可以设为三线设置更多等级以实现更精确的控制。至于具体的受控衰减电路已属于普通电路常识不再详细列举电原理图。
送话器信号的自动增益电路4是由四运放中的U5-B、U5-C及管效应管M1，及外围器件C20、C22，R22～R29，R19组成的负反馈两级音频自动增益电路，送话器信号自PC机中声卡插头J4的第1脚引出再引至U5B的第5脚输入，经过负反馈式二级放大增益自动调整后再由U5B的输出端7脚输出至二、四线转换电路的送话器信号输入端。
实施例给出的电路中U7、U8、U9为配套供电芯片以保证全部电路的正常运行需要。
按以上结构设计所制成的装置，仅需与PC机内与声卡的插头相连，与一个串行口或并行口相连，再按装上普通的双音频电话，市话网线和12伏标准直流源并线后。开启PC机，用标准的DTMF信号调整好声卡与电话的匹配，就可以进入自动调整后的自适应状态，从而很方便进入用普通电话实现网上通讯的全过程，包括网上拨号。其通话音质好，失真小，适应性强可用来和各个厂家的声卡电话相配套，调整起来也十分简单，有利于形成商品化和提高普通PC机用户的网上通话质量，降低消费，有利于大面积推广应用，在网络电话发展中有一定意义。
Claims (9)
1、一种用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，应用时该装置与普通双音频电话机(1)，市话线(2)，PC机的声卡输出、输入端口(J4)及串行口接插件(J5)或并行口相连，其特征在于该“装置”中包括以下各部分电路：
a、语音信号转换电路(3)，
b、由单片机CPU为核心搭成的转换控制平台(7)，
c、语音讯号直流迥路的二、四线转换电路(4)，
d、受控麦克风信号衰减电路(5)，
e、送话器信号自动增益控制电路(6)，
由普通双音频电话机(1)引出的语音信号经单刀单掷转换开关(S1)后送入麦克风和送话器信号隔离与混合特性的二、四线转换电路(4)，麦克风信号的输出端自该转换电路(4)引出经受控麦克风信号衰减器(5)衰减后分为两路，一路接至PC机多媒体声卡接口(J4)的麦克风输入端，另一路送入由单片机CPU为核心搭成的转换控制平台(7)，从接口(J4)引出送话器信号送至送话器信号自动增盖电路(6)处理后进入二、四线转换电路(4)的输入端，再经混合处理后进入普通音频电话机的语音信号迥路，同时传入单片机CPU为核心搭成的转换控制平台(7)处理后转换成麦克风信号衰减指令输至衰减电路(5)或转换成拨号码及来电显示信号经串行接口电路(8)或并行接口输至PC机。
2、根据权利要求1所说的用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于在二、四线转换电路(4)的麦克风信号输出端至单片机CPU搭成的转换控制平台(7)的输入端口之间，设置有由一个DTMF信号的放大电路(7-A)和一个模数转换电路(7-B)的串接电路。
3、根据权利要求2所说的用普通双音频话机实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于在DTMF放大电路(7-A)前端接上一个调试用单刀、单掷转换开关(S1)，开关一端接二、四线转换电路(4)麦克风信号输出端，另一端接至送话器信号自动增益电路(6)的输入端口。
4、根据权利要求1所说的用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于铃流检测信号(L1)是从市话网接口(J2)上的铃流输出端(J2-3)上直接引入转换控制平台(7)的一个串行口位置上。
5、根据权利要求1所说的用普通双间频电话实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于语音信号转换电路(3)是由双刀双掷开关(S2)，与其相连接的普通电话接插口(J1)、市话网接插口(J2)、12伏直流电源插口(J3)连接成的转换电路，铃流信号(L1)从市话网插口(J2-3)脚上引出经铃流识别与转换电路后，引至单片机CPU搭成的转换控制平台(7)的一个信号输入脚上。
6、根据权利要求1所说的用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于单片机CPU为核心搭成的转换控制平台(7)是由一个8位单片机(U6)及外围器件(C8、C9、R6)、晶振(Y2)、串行接口(U1)及外围器件(C1-C5)、配套的译码器(U3)、DTMF信号放大电路(U5D)组成，来自麦克风信号线的DTMF信号自开关(S1)引入信号放大电路(U5D)输入脚，再经译码器送入CPU，在CPU的EPROM中相应管理软件控制下处理后的信号经串行接口(U7)送入PC机。
7、根据权利要求1所说的用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于二、四线转换电路(4)是由运放(U4，U5A)及外围器件(R3～R5、R12～R17，C17、C18、C20)及调节电阻(W1、W2)构成的双向语音信号传输通道。
8、根据权利要求1所说的用普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于受控麦克风衰减电路(5)是一个受控可变衰减倍数的衰减器(RX)，来自电话机的麦克风信号自二、四线转换电路的输出端(U5A)引至衰减器(RX)的第一脚，衰减后的麦克风信号经输入端(第三脚)引入PC机处理，衰减器受控端(2、4)脚接到CPU平台的信令输出脚(U2～1.7，U2～3.7)。
9、根据权利要求1所说的普通双音频电话实现网上通讯的智能化接口装置，其特征在于送话器信号自动增益电路(6)是由运放(U5B、U5C)及场效应管(M1)及外围器件(C20、C22、R22～R27、R19)组成的负反馈式两级音频自动增益电路，送话器信号自声卡插口(J4)的第1脚引出至运放(U5B)第5脚输入，经两级放大负反馈式增益自动调整后，由运放(U5B)的输出端输出到二、四线转换电路(4)的送话器信号输入端口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20041020 Termination date: 20130317 |