随着数据媒体等新通信业务需求的出现，基于电路交换的PSTN网逐渐暴露出其资源利用效率和可靠性低的缺陷。VoIP技术采用IP网络作为传输载体实现语音通信，同PSTN网相比，提高了电话资源利用率和可靠性，降低了语音通信业务成本，克服了电路交换在语音与数据融合的瓶颈。同时，语音和数据相融合所提供的增值业务为运营商们带来了更大的市场效益。VoIP话机提供高效的网络带宽利用，低廉的电话费用，稳定的基本通话功能以及多样化的增值功能，广泛用于企业及个人用户。本文主要研究了基于SIP协议的VoIP技术，设计并实现了VoIP话机的软硬件系统。 首先，简单回顾了VoIP技术的发展历史，简要介绍了包括信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量(QoS)保证技术、以及网络传输技术等VoIP关键技术。研究了VoIP话机开发中涉及的相关网络协议。重点分析了SIP信令控制协议，介绍了SIP协议的基本功能、消息类别和组成结构、一些基本SIP呼叫流程以及SIP的协议框架、认证机制等；介绍了SDP协议的一般格式，对SDP协议在建立会话过程中的媒体协商功能和流程进行分析；描述了RTP协议对语音实时传输的作用，并详细分析了RTP包头的格式。 其次，提出了基于SIP协议的VoIP话机硬件实现系统，分别从核心模块和外同设备两方面展开研究。核心模块主要由中央处理单元、数字信号处理器、模拟前端部分、外部总线单元和CPU的外同设备单元组成，重点研究了各组成部分的功能和接口应用，尤其是和外围设备的连接；外围设备主要包括音频设备、存储设备、用户接口、网口模块和电源模块，分析了各个设备的功能和芯片选择，并给出了详细的原理图设计方案。 接着，提出了基于SIP协议的VoIP话机软件设计方案，自底向上阐述VoIP话机的软件实现。给出了内核裁剪方案，讨论了驱动开发流程，完善了HAPI功能，重点研究了应用层程序的实现，描述了其内部各具体模块的功能及技术问题。并实现了应用层程序的三大模块：PHONE_KERNEL模块，包括了SIP协议栈、话机多线路状态机以及用户接口的管理和维护；自动更新模块，保证了话机软件的实时更新；WEB SERVER模块，实现对话机配置信息的访问、修改。 最后，通过对基本功能、增值功能及兼容性的测试论证了设计方案的可行性和实用性。