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Zeev Collin
VoIP技術在企業(yè)應用相對廣泛，而家庭應用卻發(fā)展緩慢，除了寬頻網(wǎng)絡普及不足的原因外，標準、功能特性定型以及架構等方面還存在很大的制約因素。本文介紹了VoIP的應用現(xiàn)狀和技術平臺，并分析了VoIP相關的設備和軟件的發(fā)展路線圖和未來VoIP技術的發(fā)展趨勢。
VoIP是透過封包交換網(wǎng)絡傳輸語音采樣。通常有三種VoIP業(yè)務類型，今天最常見的一種是透過IP電話卡來進行的通話，一般用于長途語音通訊，使用者可能永遠都不知道他的通話是采用VoIP技術。
第二種是PC至電話(或PC至PC)通話，是利用PC上執(zhí)行的軟件電話來進行。通話者對著與PC相連的麥克風、手機或無線電話講話。很明顯，這種模式不可能擴展到普通大眾，而僅限于熟悉計算機的用戶。使用筆記型及PDA上執(zhí)行的軟件電話客戶程序，將隨著無線數(shù)據(jù)及語音接取業(yè)務的繼續(xù)融合變得更為流行。
第三種是設備至電話業(yè)務，其中將標準電話插入模擬電話配接器(ATA)/語音路由器中，或采用實際IP電話，用戶借助寬頻連接通話。無需用PC來實現(xiàn)通話，且用戶體驗類似于常規(guī)電話業(yè)務，因而使其成為迄今VoIP技術供貨商最感興趣的市場。
VoIP應用現(xiàn)狀
盡管VoIP在去年獲得了廣泛關注，但其出貨量仍較低，尤其在美國。實際上，今天的大多數(shù)語音通訊都屬于電話至電話或PC至電話。 VoIP發(fā)展成為主流消費性業(yè)務將推動電話業(yè)務向設備至電話的模式進行大規(guī)模轉移，且將隨著低成本、具有豐富特性的VoIP設備推出而獲得大量應用。而這決定于設備廠商能否提供滿足市場需求的價格點、特性及功能的組件，而要滿足這些要求還有待時日。
有意思的是，企業(yè)對VoIP的采用卻相對廣泛，這是因為企業(yè)中通常普及了以太網(wǎng)絡聯(lián)接，且采用VoIP能大幅減少電話開銷。IT經(jīng)理們通常已經(jīng)擁有專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，且能方便地利用該網(wǎng)絡實現(xiàn)VoIP業(yè)務。特別是與專用封包交換機(PBX)解決方案相較，IP電話平均可將企業(yè)的服務成本降低20%。不僅能大幅減少通話成本，且VoIP所采用的會話發(fā)起協(xié)議(SIP)還能使通話雙方設定除語音以外的其它應用，包括語音、視訊和實時消息等。在服務品質(QoS)方面，VoIP在企業(yè)比在家庭中更容易得到滿足，因為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是一種封閉系統(tǒng)及受控環(huán)境，且客戶端管理也比較簡單，只需將電話插入現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中即可。VoIP還為區(qū)域內通話漫游提供了一種移植到無線局域網(wǎng)絡語音(VoWLAN)的途徑。
今天的企業(yè)市場主要由少數(shù)幾家供貨商(如Cisco、Avaya等)主導，但包括主要電話公司在內的其它設備與服務供貨商也正轉向VoIP，以占領SOHO市場，它們首先推出不受通話時數(shù)限制的月費計劃，并開放市場來讓大家競爭。如果能得到低成本及高性能設備廠商的支持，同樣的電話業(yè)務供貨商甚至還能利用其設備及基礎設備投資來進入大眾市場。更低的成本以及增強特性，例如統(tǒng)一消息、個人(與位置無關)電話號碼、電話簿/目錄、呼叫轉移、會議以及其它特性，將有助于創(chuàng)造更多用戶需求。
但VoIP進入大眾市場的速度卻比較緩慢，且全球的步伐還不統(tǒng)一。在普通消費市場上，迄今最成功的VoIP部署是在日本，由于其它電話業(yè)務的高成本，以及由Yahoo Broadband這樣的服務供貨商所推出的雄心勃勃的寬頻及VoIP策略，近幾年日本每年新增數(shù)百萬條VoIP電話線。而最具吸引力的機會將在擁有高寬頻部署率的韓國，以及許多地區(qū)缺少傳統(tǒng)銅線電話基礎設備，并可能一步跨越到光纖到戶(FTTH)的中國。VoIP在美國的采用相對較慢，主要因為美國的PSTN電話太便宜，因此幾乎沒有改變現(xiàn)狀的動機。
VoIP產(chǎn)品平臺
目前，三種VoIP平臺都已經(jīng)出現(xiàn)潛在的應用。第一種是將VoIP功能增加到路由器或DSL/纜線調制解調器中，因此可稱為ATA、客戶端設備(CPE)或整合接取設備(IAD)。ATA平臺是其中最基本的一種，它能在一邊提供寬頻或以太網(wǎng)絡連接，而在另一邊則提供RJ11連接(亦稱為外部交換業(yè)務或FXS)，因而使得任何常規(guī)電話都能充當IP電話使用。盡管這是一種最簡單的配置，但目前業(yè)界開始轉向更高整合方案，譬如將VoIP功能與多端口有線或無線路由器整合的VoIP路由器等。更高整合度的解決方案甚至還包含VoIP ADSL路由器，它將所有三種功能都整合在一個可提供寬頻接取、LAN連接、電話配接器甚至撥號連接的設備盒中。未來這種設備盒還將增加視訊、儲存及其它周邊電路。
由于部署及協(xié)調所有業(yè)務將面臨很多挑戰(zhàn)，在很多情況下將涉及到多種業(yè)務及內容供貨商，因此這種平臺的最終上市還須待時日。盡管ATA盒是目前普通消費者選用的設備，但它們很可能最終將轉變?yōu)镮P電話及WiFi手機，以實現(xiàn)高級IP業(yè)務并取代無線電話。
第二種VoIP平臺是目前主要用于中小型企業(yè)的IP電話/網(wǎng)絡接取設備。IP電話外觀及使用的體驗類似常規(guī)電話，唯一的區(qū)別是它們與LAN連接而不是與PSTN線連接。透過IP電話/網(wǎng)絡接口，人們即可用同樣的終端來存取數(shù)據(jù)業(yè)務、實時消息甚至網(wǎng)絡瀏覽器。幾乎以同樣的方式，隨著服務供貨商開始在其無線語音網(wǎng)絡上增加數(shù)據(jù)業(yè)務，行動電話已經(jīng)發(fā)展成為一種多功能通訊平臺。
第三種VoIP平臺是無線局域網(wǎng)絡(WLAN)，亦稱為WiFi手機，它將行動性及可能的漫游功能與統(tǒng)一的消息傳送功能相結合。當越來越多的寬頻接取家庭采用無線接取點時，就可用來實現(xiàn)這種無線手機業(yè)務。所有可用數(shù)據(jù)業(yè)務都能被無線手機存取，因而使其實現(xiàn)地址簿、電子日歷、瀏覽器等多功能整合。WLAN手機具有可行動、易配置及部署成本相對較低的特點。今天，WLAN手機主要部署在一些垂直細分市場，如醫(yī)院、大型商店及校園等。
要使家庭及SOHO WiFi手機應用成為現(xiàn)實，其價格必須低于50美元。IEEE 802.11e標準的最終敲定，也為WLAN語音傳輸提供了必要的QoS保證。In-Stat MDR預計，全球WiFi手機的出貨量將從2003年的6萬部成長到2007年的350萬部，到2008年將達到550萬部。
最新的一種平臺可能是同時具有蜂巢式及WLAN功能的雙模式手機。蜂巢式網(wǎng)絡廠商可能將WLAN嵌入到手機中，使其既能作為采用WLAN的VoIP手機，又能作為常規(guī)手機使用。這樣廠商將獲得更多利益，因為這樣一來，在用戶密集地區(qū)只需增加網(wǎng)絡頻寬而無需擴大整個蜂巢式基礎設備，降低了通訊實現(xiàn)成本。這種電話具有充分的智能，如果有可用的接取點，它即會將IP通話透過成本較低的WLAN，否則透過蜂巢式網(wǎng)絡來傳輸語音通訊。這種平臺的主要設計挑戰(zhàn)是：兩種模式共處而不互相干擾；可無縫地從一種模式切換到另一種模式；基于WLAN的VoIP通話能滿足QoS要求。
據(jù)In-Stat資料，這些平臺的市場預計將從去年的1100萬部迅速成長至2007年的3600萬部，將為技術供貨商及ODM提供廣闊的市場機會。與IP電話相較，配接器盒將繼續(xù)擁有更大的出貨量，因為它們是一種能擴展路由器功能及采用傳統(tǒng)電話的更為直接的VoIP實現(xiàn)途徑。但這些數(shù)字卻沒有考慮整合WLAN/蜂巢式手機所具有的巨大成長潛力，預計到2007及2008年手機市場規(guī)模將達到6億部，以如此巨大的市場基數(shù)，即使僅10%至20%的手機整合了WLAN，其市場潛力也十分巨大。
設備及軟件開發(fā)路線圖
盡管目前已有好幾種整合解決方案，但它們主要適合于企業(yè)IP電話市場。而在VoIP迄今仍主要作為DSL、纜線調制解調器或路由器附加功能的消費市場，大多數(shù)設備廠商一直在等待設備特性要求能早點固定，以便提供相關的SoC解決方案。對于大眾消費市場而言，在很大程度上模塊化比整合更為重要，因為其目標是以幾種選項來在單個設計中實現(xiàn)帶或不帶語音的多個不同類產(chǎn)品，同時等待特性要求固定以及VoIP成為主流。
VoIP實現(xiàn)的語音處理基本上可以下列三種方式來實現(xiàn)：采用DSP語音處理器；采用整合了主處理器與DSP核心的整合度更高的組件；采用執(zhí)行語音處理軟件的功能更強大的主處理器。隨著嵌入式主處理器的功能更加強大，它們能實現(xiàn)更多的語音處理功能，因而可以不需要專用DSP核心，有助于減少產(chǎn)品尺寸和更好的功耗管理。
迄今為止，采用語音協(xié)同處理器對于那些VoIP作為附加功能的應用來說不失為一種最佳策略，而IP電話及WiFi手機則可利用整合SoC解決方案或軟件來實現(xiàn)。同時擁有DSP核心及軟VoIP能力的設備廠商，將能更好地定位以滿足迅速發(fā)展的需求，并能為每種應用在基于主機、基于嵌入式DSP或基于語音協(xié)同處理器的實現(xiàn)之間進行最佳折衷選擇。
VoIP設備中整合越來越多特性和語音處理功能，這些通�？梢苑殖扇�，即語音處理、呼叫控制及應用。
語音處理主要任務包括各種語音編碼器、回音消除器以及音調檢波器與產(chǎn)生器。語音編碼器包括：G.729，它能以市話(或長途電話)品質在低于8kbps的速率上編碼語音訊號；G.722，它能以自適應差分脈沖編碼調變(ADPCM)方案來在48kbps、56kbps及64kbps速率上對7kHz頻寬的語音訊號進行編碼。此外，還有其它很多種語音增強功能，像舒適噪音產(chǎn)生(CNG)及語音訊號檢測(VAD)和訊框丟失隱藏等，VAD透過只傳輸人耳能聽到的聲音來提高頻寬利用率，訊框丟失隱藏可補償封包網(wǎng)絡中丟失數(shù)據(jù)訊框，以及可吸收封包網(wǎng)絡中延遲變化的'動態(tài)抖動補償'等功能。值得注意的是，這些增強功能對所感覺的語音品質具有很大影響，同時也是區(qū)分各種解決方案優(yōu)劣的關鍵。
其它必須考慮的功能包括傳真、調制解調器直通、IP傳真(T.38)、IP Modem(V.150)以及IP文本(V.151)等功能。有許多專利權問題與各種IP編碼器有關，這可能會直接或間接地增加產(chǎn)品成本。在定義產(chǎn)品特性集以及選擇技術供貨商時，開發(fā)商必須清楚這些問題。
通話控制功能是一組協(xié)議，它能利用各種網(wǎng)絡元素(如各種類型的網(wǎng)絡網(wǎng)關)來實現(xiàn)并超越一般的PSTN電話特性。此外，它還能提供用于設立并端接通話(或多媒體對話)以及橋接PSTN與封包交換網(wǎng)絡的方法。目前已經(jīng)開發(fā)了幾種協(xié)議，包括H.323、媒體網(wǎng)絡網(wǎng)關控制協(xié)議(MGCP)以及SIP等，早期采用H.323及SIP由于其相對簡單、可擴展及特性豐富而獲得了最多支持。應用軟件將最終決定設備的功能，無論是IP電話、ATA還是任何其它類似設備。同時，軟件還決定用戶接口、設備配置與管理，以及整體功能和可用模式。
由于上述三種主要設備的發(fā)展有些互相獨立且經(jīng)常改變，因此采用分層軟件架構很重要。這種分層架構還必須足夠模塊化，以便于整合、定制，以及便于由芯片供貨商或系統(tǒng)整合商(或任何其它IP供貨商)所設計組件的發(fā)展。
外部交換局(FXO)是VoIP設備需支持的新功能之一，它實際上是與PSTN線的接口。FXO不僅能在IP網(wǎng)絡掉線時使通話方可以使用PSTN，而且還能在同一設備中實現(xiàn)在PSTN與VoIP之間切換，還能使ATA盒接受遠程撥號，并根據(jù)所撥號碼或其它參數(shù)來將長途及國際呼叫接到更便宜的IP網(wǎng)絡上。最便宜的通話、遠程終端呼叫以及呼叫轉移等功能結合，充分利用了早期采用相同電話接口的模擬調制解調器技術經(jīng)驗。
下一代VoIP手機
盡管面臨跨越幾種技術發(fā)展方向的高度動態(tài)環(huán)境，芯片供貨商們已開始聚集在擁有多種近期機會的架構上。企業(yè)所使用的全特性IP手機、利用家庭網(wǎng)絡網(wǎng)關的啞IP手機(dumb IP handset)、甚至采用USB連接的功能強大的PDA等，都很快能用到整合芯片。后者依靠網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)關、PC筆記型計算機或PDA來承載通話控制協(xié)議堆棧，并負責全部VoIP處理任務。
由于VoIP數(shù)據(jù)頻寬要求并不高，故802.11b完全可以滿足WLAN手機應用。但在WLAN手機設計中還其它幾個方面問題需要仔細考慮，其中功耗是關鍵問題，目前市場上大多數(shù)802.11組件并不能滿足手機的長待機時間要求；安全是另一個關切的問題，盡管目前WLAN領域中已有多種安全方案，但并不是全部都能支持，且安全IP客戶端的配置并非很順暢；最后一個重要問題是QoS，盡管已有眾多的標準及產(chǎn)業(yè)規(guī)格(如802.11e)，但它仍是一個需要特別關注的棘手問題，語音應用嚴格的低延遲要求進一步增加了QoS的挑戰(zhàn)。在這種情況下，對等網(wǎng)絡連接是WLAN VoIP系統(tǒng)的關鍵要求。而WLAN一般被設置成即使在其互相通訊時也能使所有客戶端都透過接取點，因而會占用更多的頻寬并導入額外的延遲，故關鍵是必須在任何可能的情況下，透過對等連接來最有效地利用可用頻寬，并使延遲最小。
如上所述，IP電話與WiFi手機設計擁有許多共同點。設計工程師可以利用同一個平臺來實現(xiàn)兩種應用，并利用相同的軟件。IP電話還要求更廣泛的LCD顯示以及以太網(wǎng)絡驅動器等其它特性，而WiFi手機則可能會使用這些功能中功耗較少的部份，并增加一個WLAN接口。這兩種應用的典型設備都將采用功能強大的ARM或類似處理器核心，并根據(jù)成本及功耗目標來選擇軟件或硬件語音編譯碼器。也可能會結合A/D、D/A、LCD控制器、鍵盤掃描邏輯及功率管理特性等，同時也要求用USB連接來實現(xiàn)增加儲存或連接相機以實現(xiàn)視訊電話等功能。甚至可以利用USB on-the-go (OTG)功能，使設備動態(tài)地成為一個USB客戶機(當充電或同步傳輸數(shù)據(jù)時)或主機(當采用相機功能時等)。
因此，像這樣的SoC將能為VoIP系統(tǒng)ODM提供各種具有吸引力的下一代平臺設計選擇。在標準推出、應用及特性定型后，設備廠商將會著手提供各種新的整合解決方案，并從目前的功能跨越到能提供整合語音＋WLAN解決方案，以及可充分利用USB 2.0這種新型連接技術的設備功能。此外，單一整合式SoC解決方案還將日益擁有用于多種產(chǎn)品平臺以及經(jīng)濟高效地為多個市場服務的靈活性。
摘自 電子工程專輯
