VoIP技術(shù)介紹

　　VoIP又稱IP電話或IP網(wǎng)絡(luò)電話，是Voice over IP的縮寫，這種技術(shù)通過對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行編碼數(shù)字化、壓縮處理成壓縮幀，然后轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)包在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，從而達(dá)到了在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行語音通信的目的。

VoIP技術(shù)最初只是一種互聯(lián)網(wǎng)上的增值應(yīng)用，形式也較為簡單。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，其在商業(yè)運(yùn)營中的應(yīng)用價(jià)值被人們發(fā)現(xiàn)，很多新興的電信運(yùn)營商將VoIP技術(shù)引入到電信運(yùn)營中，并在上個(gè)世紀(jì)的最后幾年內(nèi)取得了爆炸式的增長。

VoIP技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)

VoIP技術(shù)的主要目的是用于處理語音和信令，因此可以將它分為四個(gè)功能模塊：語音包處理模塊(Voice Package Module)、電話信令網(wǎng)關(guān)模塊(Telephone Signaling Gateway Module)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊(Network Protocol Module)、網(wǎng)絡(luò)管理模塊(Network Management Module)。

語音包處理模塊

一般而言，語音包處理模塊主要是在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片上運(yùn)行。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

◆ 語音的編碼及解碼

◆ 靜音檢測

通過對(duì)無話音時(shí)的噪聲進(jìn)行檢測，從而判斷所接收的信號(hào)是否含有語音信號(hào)，如果沒有檢測到語音信號(hào)，將會(huì)反饋至“語音包處理器”，讓它發(fā)出一個(gè)含有“靜音”的信息包，從而最大限度地節(jié)省通訊帶寬。

◆ 回音抵消器

基于國際標(biāo)準(zhǔn)G.165/G.168實(shí)現(xiàn)語音通訊中的回音抵消，以改善語音的通訊質(zhì)量。

◆ 自適應(yīng)語音恢復(fù)

通過一個(gè)緩沖器，對(duì)接收到的延后語音包信號(hào)，進(jìn)行語音恢復(fù)。從而達(dá)到抗“延時(shí)”、抗“時(shí)延抖動(dòng)”的目的。并且可以“自適應(yīng)”地調(diào)節(jié)時(shí)延值，實(shí)現(xiàn)達(dá)到語音傳輸時(shí)延最小的目的，從而改善語音通訊質(zhì)量。當(dāng)然，它同時(shí)必須支持“內(nèi)插”算法，即當(dāng)語音包在傳輸過程中丟失時(shí)，能夠利用“內(nèi)插”技術(shù)進(jìn)行恢復(fù)。

◆ 語音包處理器

對(duì)經(jīng)過編碼后的語音信號(hào)進(jìn)行“語音打包”處理，或者是對(duì)接收到的語音包進(jìn)行“拆包”處理，實(shí)際上它是一種封裝協(xié)議的處理。

電話信令網(wǎng)關(guān)模塊

一般而言，電話信令網(wǎng)關(guān)模塊主要是在Host CPU上運(yùn)行。作為一個(gè)“網(wǎng)關(guān)處理器”，它主要是作為電話信令，在電訊設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理之間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。這些信令包含如：掛機(jī)、摘機(jī)、呼入保持、來電顯示等。它主要是指原有傳統(tǒng)電話設(shè)備上的業(yè)務(wù)及其將來的增值服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊

這個(gè)模塊主要是用于處理信令的信息。同時(shí)也可以將信令信息轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的特殊網(wǎng)絡(luò)的信令協(xié)議，通過交換網(wǎng)絡(luò)傳輸。一般而言，國際上目前比較通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是：H.323協(xié)議，MGCP協(xié)議和SIP協(xié)議等。

網(wǎng)絡(luò)管理模塊

主要是提供一個(gè)語音管理的接口，實(shí)現(xiàn)VoIP的配置及維護(hù)。管理信息是基于國際標(biāo)準(zhǔn)ASN.1及SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的要求所建立的。

VoIP的傳輸過程

VoIP是以IP分組交換網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺(tái)，對(duì)模擬的語音信號(hào)進(jìn)行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無連接的UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

為了在一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音信號(hào)，要求幾個(gè)元素和功能。最簡單形式的網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)或多個(gè)具有VoIP功能的設(shè)備組成，共同通過一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)連接。VoIP設(shè)備先把語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)流，并把這些數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到IP目的地址，IP目的地址又把它們轉(zhuǎn)換回到語音信號(hào)。兩者之間的網(wǎng)絡(luò)必須支持IP傳輸，且可以是IP路由器和網(wǎng)絡(luò)鏈路的任意組合。

VoIP傳輸過程可分為語音數(shù)字化、信號(hào)編碼分組、信號(hào)打包傳送、解包及解壓縮過程及數(shù)字語音模擬化五個(gè)過程。

語音信號(hào)數(shù)字化

語音信號(hào)是模擬波形，通過IP方式來傳輸語音，首先要對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也就是對(duì)模擬語音信號(hào)進(jìn)行量化，然后送入到緩沖存儲(chǔ)區(qū)中。數(shù)字化可以使用各種語音編碼方案來實(shí)現(xiàn)，目前采用的語音編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有ITU-TG.711。

信號(hào)編碼分組

語音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼以后，下一步就要對(duì)語音包以特定的幀長進(jìn)行壓縮編碼。編碼后，壓縮的幀合成一個(gè)壓縮的語音包送入網(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語音添加包頭、時(shí)標(biāo)和其它信息后通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端。語音網(wǎng)絡(luò)簡單地建立通信端點(diǎn)間的物理連接，并在端點(diǎn)間傳輸編碼信號(hào)。IP網(wǎng)絡(luò)不會(huì)形成連接，而要求把數(shù)據(jù)放在可變長的數(shù)據(jù)報(bào)或分組中，然后給每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)附帶尋址和控制信息，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

信號(hào)打包傳送

信號(hào)(數(shù)據(jù))被壓縮后，就需要對(duì)它進(jìn)行打包，加進(jìn)一些協(xié)議信息。在收集語音數(shù)據(jù)的處理過程中需要一些存儲(chǔ)時(shí)間，因?yàn)閷⒄Z音數(shù)據(jù)發(fā)送到IP網(wǎng)絡(luò)之前必須先收到一定數(shù)量的語音數(shù)據(jù)。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼及壓縮過程中，也需要一定的時(shí)間來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，從而也產(chǎn)生了一定的時(shí)間延遲。

協(xié)議信息被加入包中是為了更好地保障完成數(shù)據(jù)的傳輸過程。由于IP協(xié)議是為各種不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而設(shè)計(jì)的，與專用網(wǎng)相比它含有許多復(fù)雜的處理過程，它要求將一個(gè)包封裝到另外一個(gè)包中，而且數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中還要經(jīng)過再打包、重尋址和重新封裝等過程。

解包及解壓縮過程

當(dāng)每個(gè)包到達(dá)目的地主機(jī)(網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器或用戶計(jì)算機(jī)終端)時(shí)，要檢查該包的序號(hào)并將其放到正確的位置，然后用一個(gè)解壓縮算法來盡量恢復(fù)原始信號(hào)數(shù)據(jù)，這時(shí)通過利用時(shí)鐘同步及時(shí)延處理技術(shù)來填充由發(fā)送端處理過程中導(dǎo)致的空缺。由于各個(gè)包在傳輸過程中經(jīng)過了不同的路由，所以它們到達(dá)目的地的順序有很大差別，因此接收端要將先達(dá)到的包放到存儲(chǔ)器里一段時(shí)間以后等待后達(dá)到的包，等待時(shí)間的長短要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況而定。

數(shù)字語音模擬化 語音質(zhì)量下降的根本原因。

按Internet傳統(tǒng)糾錯(cuò)機(jī)制，接收端如果收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包就將其丟棄并請(qǐng)求重傳，因此用戶最終收到的數(shù)據(jù)跟原始發(fā)送的數(shù)據(jù)是完全一樣的。由于IP電話業(yè)務(wù)是一種對(duì)時(shí)間敏感的業(yè)務(wù)，不能使用重傳機(jī)制，這就需要專用的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)機(jī)制來再造聲音和填補(bǔ)空隙，需要接收端存儲(chǔ)接收到一定數(shù)量的語音數(shù)據(jù)，然后使用一種復(fù)雜的算法來“猜測”丟失包的內(nèi)容，產(chǎn)生新的語音信息，從而提高通信的質(zhì)量。因此，接收端聽到的語音并不與發(fā)送端講的語音完全一樣，其中一部分信息是由VoIP系統(tǒng)“再造”的。

來源：www.voipchina.cn