VoIP的關(guān)鍵技術(shù)

VoIP的關(guān)鍵技術(shù)

一、ＶｏＩＰ的基本 原理與實(shí)現(xiàn)形式

ＶｏＩＰ是建立在ＩＰ技術(shù)上的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過語音壓縮算

法對(duì)語音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語音數(shù)據(jù)按ＩＰ等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng)過ＩＰ網(wǎng)絡(luò)

把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏�，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解碼解壓處理后，恢復(fù)成原來的語音信

號(hào)，從而達(dá)到由ＩＰ網(wǎng)絡(luò)傳送語音的目的。ＩＰ電話系統(tǒng)把普通電話的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可聯(lián)

入因特網(wǎng)傳送的ＩＰ數(shù)據(jù)包，同時(shí)也將收到的ＩＰ數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的模擬電信號(hào)。經(jīng)過ＩＰ電話

系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理，每個(gè)普通電話傳輸速率約占用８～１１ｋｂｉｔ／ｓ帶寬，因此在與普通

電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為６４ｋｂｉｔ／ｓ的帶寬時(shí)，ＩＰ電話數(shù)是原來的５～８倍。

ＶｏＩＰ的核心與關(guān)鍵設(shè)備是ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)。ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)具有路由管理功能，它把各地區(qū)

電話區(qū)號(hào)映射為相應(yīng)的地區(qū)網(wǎng)關(guān)ＩＰ地址。這些信息存放在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，有關(guān)處理軟件完成呼叫

處理、數(shù)字語音打包、路由管理等功能。在用戶撥打ＩＰ電話時(shí)，ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)根據(jù)電話區(qū)號(hào)數(shù)據(jù)

庫(kù)資料，確定相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的ＩＰ地址，并將此ＩＰ地址加入ＩＰ數(shù)據(jù)包中，同時(shí)選擇最佳路由，以減

少傳輸時(shí)延，ＩＰ數(shù)據(jù)包經(jīng)因特網(wǎng)到達(dá)目的地ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)。對(duì)于因特網(wǎng)未延伸到或暫時(shí)未設(shè)立網(wǎng)

關(guān)的地區(qū)，可設(shè)置路由，由最近的網(wǎng)關(guān)通過長(zhǎng)途電話網(wǎng)轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)通信業(yè)務(wù)。

目前ＶｏＩＰ系統(tǒng)一般由ＩＰ電話終端、網(wǎng)關(guān)（Ｇａｔｅｗａｙ）、網(wǎng)（關(guān)）守（Ｇａｔｅ

ｋｅｅｐｅｒ）、網(wǎng)管系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等幾部分組成。ＩＰ電話終端包括傳統(tǒng)的語音電話機(jī)、Ｐ

Ｃ、ＩＰ電話機(jī)，也可以是集語音、數(shù)據(jù)和圖象于一體的多媒體業(yè)務(wù)終端。由于不同種類的終端產(chǎn)

生的數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)是不同的，要在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過一個(gè)適配器進(jìn)行數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的ＩＰ數(shù)據(jù)包。ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)提供ＩＰ網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)之間的接口，用戶通過ＰＳＴ

Ｎ本地環(huán)路連接到ＩＰ網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并壓縮打包，成為可以在

因特網(wǎng)上傳輸?shù)模桑蟹纸M語音信號(hào)，然后通過因特網(wǎng)傳送到被叫用戶的網(wǎng)關(guān)端，由被叫端的網(wǎng)關(guān)對(duì)

ＩＰ數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包、解壓和解碼，還原為可被識(shí)別的模擬語音信號(hào)，再通過ＰＳＴＮ傳到被叫方

的終端。這樣，就完成了一個(gè)完整的電話到電話的ＩＰ電話的通信過程。關(guān)守實(shí)際上是ＩＰ電話網(wǎng)

的智能集線器，是整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)平臺(tái)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、配置和維護(hù)。關(guān)守提供的功能有撥號(hào)方

案管理、安全性管理、集中帳務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和備份、網(wǎng)絡(luò)管理等等。網(wǎng)管系統(tǒng)的功能是管理

整個(gè)ＩＰ電話系統(tǒng)，包括設(shè)備的控制及配置，數(shù)據(jù)配給，撥號(hào)方案管理及負(fù)載均衡、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的功能是對(duì)用戶的呼叫進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算，并提供相應(yīng)的單據(jù)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)可以由Ｉ

Ｐ電話系統(tǒng)制造商提供，也可以由第三方制作，但此時(shí)需ＩＰ電話系統(tǒng)制造商提供其軟件數(shù)據(jù)接

口。

在實(shí)現(xiàn)方式上，ＶｏＩＰ有電話機(jī)到電話機(jī)、電話機(jī)到ＰＣ、ＰＣ到電話機(jī)和ＰＣ到ＰＣ等

４種方式。最初ＶｏＩＰ方式主要是ＰＣ到ＰＣ，利用ＩＰ地址進(jìn)行呼叫，通過語音壓縮、打包傳

送方式，實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)上ＰＣ機(jī)間的實(shí)時(shí)話音傳送，話音壓縮、編解碼和打包均通過ＰＣ上的處理

器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源完成，這種方式和公用電話通信有很大的差異，且限定在因特網(wǎng)內(nèi)，所

以有很大的局限性。電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機(jī)連到ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)，用電話號(hào)碼穿過Ｉ

Ｐ網(wǎng)進(jìn)行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯電話號(hào)碼／網(wǎng)關(guān)ＩＰ地址，發(fā)起ＩＰ電話呼叫，連

接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成話音編碼和打包，接收端網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。對(duì)于電

話到ＰＣ或是ＰＣ到電話的情況，是由網(wǎng)關(guān)來完成ＩＰ地址和電話號(hào)碼的對(duì)應(yīng)和翻譯，以及話音編

解碼和打包。

二、ＶｏＩＰ的關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)的ＩＰ網(wǎng)絡(luò)主要是用來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用的是盡力而為的、無連接的技術(shù)，因此沒有

服務(wù)質(zhì)量保證，存在分組丟失、失序到達(dá)和時(shí)延抖動(dòng)等情況。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)此要求不高，但話音屬于

實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對(duì)時(shí)序、時(shí)延等有嚴(yán)格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。ＶｏＩ

Ｐ的關(guān)鍵技術(shù)包括信令技術(shù)、編碼技術(shù)、實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（ＱｏＳ）保證技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)

傳輸技術(shù)等。

１．信令技術(shù)

信令技術(shù)保證電話呼叫的順利實(shí)現(xiàn)和話音質(zhì)量，目前被廣泛接受的ＶｏＩＰ控制信令體系包

括ＩＴＵ－Ｔ的Ｈ．３２３系列和ＩＥＴＦ的會(huì)話初始化協(xié)議ＳＩＰ。

ＩＴＵ的Ｈ．３２３系列建議定義了在無業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通

信的協(xié)議及其規(guī)程。Ｈ．３２３標(biāo)準(zhǔn)是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Ｉｎｔｒａｎｅｔ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上

的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。Ｈ．３２３是ＩＴＵ－Ｔ有關(guān)多媒體通信的一個(gè)協(xié)議集，包括用于Ｉ

ＳＤＮ的Ｈ．３２０，用于Ｂ－ＩＳＤＮ的Ｈ．３２１和用于ＰＳＴＮ終端的Ｈ．３２４等建議。

其編碼機(jī)制，協(xié)議范圍和基本操作類似于ＩＳＤＮ的Ｑ．９３１信令協(xié)議的簡(jiǎn)化版本，并采用了比

較傳統(tǒng)的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的Ｈ．２４５，用于建立連接的Ｈ．２２５．

０，用于大型會(huì)議的Ｈ．３３２，用于補(bǔ)充業(yè)務(wù)的Ｈ．４５０．１、Ｈ．４５０．２和Ｈ．４５

０．３，有關(guān)安全的Ｈ．２３５，與電路交換業(yè)務(wù)互操作的Ｈ．２４６等。Ｈ．３２３提供設(shè)備之

間、高層應(yīng)用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)，

支持多點(diǎn)功能、組播和帶寬管理。Ｈ．３２３具備相當(dāng)?shù)撵`活性，支持包含不同功能的節(jié)點(diǎn)之間的

會(huì)議和不同網(wǎng)絡(luò)之間的會(huì)議。Ｈ．３２３建議的多媒體會(huì)議系統(tǒng)中的信息流包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)

和控制信息。信息流采用Ｈ．２２５．０建議方式來打包和傳送。

Ｈ．３２３呼叫建立過程涉及到三種信令：ＲＡＳ（注冊(cè)：Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ、許

可：Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ和狀態(tài)：Ｓｔａｔｕｓ）信令，Ｈ．２２５．０呼叫信令和Ｈ．２４５控

制信令。其中ＲＡＳ信令用來完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊(cè)、授權(quán)許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離

解除等過程；Ｈ．２２５．０呼叫信令用來建立兩個(gè)終端之間的連接，這個(gè)信令使用Ｑ．９３１消

息來控制呼叫的建立和拆除，當(dāng)系統(tǒng)中沒有網(wǎng)守時(shí)，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個(gè)終端之間打

開；當(dāng)系統(tǒng)中包括一個(gè)網(wǎng)守時(shí)，由網(wǎng)守決定在終端與網(wǎng)守之間或是在兩個(gè)終端之間開辟呼叫信令信

道；Ｈ．２４５控制信令用來傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開和關(guān)閉

邏輯信道、模式參數(shù)請(qǐng)求、流控消息和通用命令與指令等。Ｈ．２４５控制信令信道建立于兩個(gè)終

端之間，或是一個(gè)終端與一個(gè)網(wǎng)守之間。

雖然Ｈ．３２３提供了窄帶多媒體通信所需要的所有子協(xié)議，但Ｈ．３２３的控制協(xié)議非常

復(fù)雜。此外，Ｈ．３２３不支持多點(diǎn)發(fā)送（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）協(xié)議，只能采用多點(diǎn)控制單元

（ＭＣＵ）構(gòu)成多點(diǎn)會(huì)議，因而同時(shí)只能支持有限的多點(diǎn)用戶。Ｈ．３２３也不支持呼叫轉(zhuǎn)移，且

建立呼叫的時(shí)間比較長(zhǎng)。

與Ｈ．３２３相反，ＳＩＰ是一種比較簡(jiǎn)單的會(huì)話初始化協(xié)議。它不像Ｈ．３２３那樣提供

所有的通信協(xié)議，而是只提供會(huì)話或呼叫的建立與控制功能。ＳＩＰ可以應(yīng)用于多媒體會(huì)議、遠(yuǎn)程

教學(xué)及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ電話等領(lǐng)域。ＳＩＰ既支持單點(diǎn)發(fā)送（Ｕｎｉｃａｓｔ）也支持多點(diǎn)發(fā)

送，會(huì)話參加者和媒體種類可以隨時(shí)加入一個(gè)已存在的會(huì)議。ＳＩＰ可以用來呼叫人或機(jī)器設(shè)備，

如呼叫一個(gè)媒體存儲(chǔ)設(shè)備記錄一個(gè)會(huì)議，或呼叫一個(gè)點(diǎn)播電視服務(wù)器向會(huì)議播放視頻信號(hào)。

ＳＩＰ是一種應(yīng)用層協(xié)議，可以用ＵＤＰ或ＴＣＰ作為其傳輸協(xié)議。與Ｈ．３２３不同的

是：ＳＩＰ是一種基于文本的協(xié)議，用ＳＩＰ規(guī)則資源定位語言描述（ＳＩＰ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒ

ｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒｓ），這樣易于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試，更重要的是靈活性和擴(kuò)展性好。由

于ＳＩＰ僅作于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數(shù)據(jù)，因而造成的附加傳輸代價(jià)也不大。ＳＩＰ的Ｕ

ＲＬ甚至可以嵌入到ｗｅｂ頁(yè)或其它超文本鏈路中，用戶只需用鼠標(biāo)一點(diǎn)即可發(fā)出一個(gè)呼叫。與

Ｈ．３２３相比，ＳＩＰ還有建立呼叫快，支持傳送電話號(hào)碼的特點(diǎn)。

２．編碼技術(shù)

話音壓縮編碼技術(shù)是ＩＰ電話技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。目前，主要的編碼技術(shù)有ＩＴＵ－

Ｔ 定義的Ｇ．７２９、Ｇ．７２３（Ｇ．７２３．１）等。其中Ｇ．７２９可將經(jīng)過采樣的６４

ｋｂｉｔ／ｓ話音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至８ｋｂｉｔ／ｓ。由于在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)質(zhì)量

不能得到很好保證，因而需要話音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度的可變可適應(yīng)

性。Ｇ．７２９原來是８ｋｂｉｔ／ｓ的話音編碼標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的工作范圍擴(kuò)展至６．４～１１．８

ｋｂｉｔ／ｓ，話音質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化，但即使是６．４ｋｂｉｔ／ｓ，話音質(zhì)量也

還不錯(cuò)，因而很適合在ＶｏＩＰ系統(tǒng)中使用。Ｇ７２３．１采用５．３／６．３ｋｂｉｔ／ｓ雙速

率話音編碼，其話音質(zhì)量好，但是處理時(shí)延較大，它是目前已標(biāo)準(zhǔn)化的最低速率的話音編碼算法。

表１為Ｇ．７２３．１、Ｇ．７２９和Ｇ．７２９Ａ的部分性能比較。

此外，靜音檢測(cè)技術(shù)和回聲消除技術(shù)也是ＶｏＩＰ中十分關(guān)鍵的技術(shù)。靜音檢測(cè)技術(shù)可有效

剔除靜默信號(hào)，從而使話音信號(hào)的占用帶寬進(jìn)一步降低到３．５ｋｂｉｔ／ｓ左右；回聲消除技術(shù)

主要利用數(shù)字濾波器技術(shù)來消除對(duì)通話質(zhì)量影響很大回聲干擾，保證通話質(zhì)量。這點(diǎn)在時(shí)延相對(duì)較

大的ＩＰ分組網(wǎng)絡(luò)中尤為重要。

３．實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)

實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)主要是采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議ＲＴＰ。ＲＴＰ是提供端到端的包括音頻在內(nèi)的實(shí)時(shí)

數(shù)據(jù)傳送的協(xié)議。ＲＴＰ包括數(shù)據(jù)和控制兩部分，后者叫ＲＴＣＰ。ＲＴＰ提供了時(shí)間標(biāo)簽和控制

不同數(shù)據(jù)流同步特性的機(jī)制，可以讓接收端重組發(fā)送端的數(shù)據(jù)包，可以提供接收端到多點(diǎn)發(fā)送組的

服務(wù)質(zhì)量包饋。

４．ＱｏＳ保障技術(shù)

ＶｏＩＰ中主要采用資源預(yù)留協(xié)議（ＲＳＶＰ）以及進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議

ＲＴＣＰ來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。

５．網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

ＶｏＩＰ中網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要是ＴＣＰ和ＵＤＰ，此外還包括網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)、路由選擇技

術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)以及安全認(rèn)證和計(jì)費(fèi)技術(shù)等。由于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議ＲＴＰ提供具有實(shí)時(shí)特征的、端

到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，因此ＶｏＩＰ中可用ＲＴＰ來傳送話音數(shù)據(jù)。在ＲＴＰ報(bào)頭中包含裝載數(shù)據(jù)

的標(biāo)識(shí)符、序列號(hào)、時(shí)間戳以及傳送監(jiān)視等，通常ＲＴＰ協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用ＵＤＰ分組來承載，而

且為了盡量減少時(shí)延，話音凈荷通常都很短。ＩＰ、ＵＤＰ和ＲＴＰ報(bào)頭都按最小長(zhǎng)度計(jì)算。Ｖｏ

ＩＰ話音分組開銷很大，采用ＲＴＰ協(xié)議的ＶｏＩＰ格式，在這種方式中將多路話音插入話音數(shù)據(jù)

段中，這樣提高了傳輸效率。