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浅析VOIP电话的关键技术

2014/04/26 Tang

一、引言
在当今互联网技术的发展逐步的深入到世界每个角落,信息资源的交流和共享催生出许多新的技术,其中就包括VOIP电话技术。VOIP是Voive over Internet Protocol的简称,也有叫做网络电话,是一种利用 Internet作为传输载体实现Phone—to-Phone、Pc—to—Pc、Pc—to—Phone的语音传输业务技术。

二、VoIP的关键技术
虽然VOIP的使用便捷、成本低廉,但是与传统的PSTN(public Switched Telephone Network公共交换网络),相比还有很多的不足,因为语音业务对时序、时延都有非常严格的要求。如何采取特殊有效的网络技术来保障语音业务服务质量是VOIP的难题。VOIP电话的关键技术包括:编码技术、信令技术、实时传输技术、服务质量(Qos)保证技术以及网络传输技术、集成电路发展技术等。

1.编码技术
话音压缩编码技术是VOIP电话技术的一个重要组成部分。VOIP电话中的语音处理就是在保证一定话音质量的前提下,尽量降低编码比特率。目前,主要的编码技术有ITU—T定义的G.729、G.728、G.723.1三个标准,他们都是采用线性预测分析-合成编码和码本激励矢量量化技术。其中G.729可将经过采样的64kb/s话音以几乎不失真的质量压缩至8kb/s,也是H.323协议中有关音频编码的标准。由于在分组交换网络中,业务质量得不到很好保证,因而要求话音的编码具有一定的灵活性,即编码速率、编码尺度的可变可适应性。G.729原来是8kb/s的话音编码标准,现在的工作范围扩展至6.4~11.8k/s,话音质量也在此范围内有一定的变化,但即使是6.4kb/s,话音质量也还不错,因而很适合在VOIP系统中使用。

2.信令技术
目前实现VOIP电话系统的技术主要有:H.323和SIP。其中H.323由ITU—T制定,为大部分系统所采用,但是其协议版本多,过于复杂;SIP为IETF制定,弥补了H.323的不足,为VOIP的发展方向。

(1)H.323
ITU—T的H.323系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其他分组网络上多媒体通信的协议及其规程。H.323标准是局域网、广域网、Intarnet和Internet上的多媒体提供技术基础保障,是IUT有关多媒体通信的一个协议集。H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。它并不依赖于网络结构,而是独立于操作系统和硬件平台,并且支持多点功能、组播和带宽管理。H.323具备相当的灵活性,支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。H.323建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息。信息流采用H.225.0建议方式来打包和传送。H.323建立呼叫过程包含三种信令:RAS信令(R=注册:Registration、A=许可:Adlnission 和S=状态:StatUs),H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。

H.323信令

(2)SIP
SIP(Session lnitiation Protocol)是一个应用层的信令控制协议,可以使用UDP或TCP作为其传输协议。用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以好似Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播(multicast)、网状单播(unicast)或两者的混合体进行通信。SIP它既不是会话描述协议,也不提供会议控制功能。为了描述消息内容的负载情况和特点,SIP使用lnternet的SDP (Session Description Protocol 会话描述协议)来描述终端设备的特点,
这样易于调试和实现,更重要的是灵活性和扩展性好。

SIP仅仅作为初始化呼叫,而不是传输媒体数据,这是与H.323的不同。H.323和SIP分别是通信领域与因特网两大阵营推出的建议。H.323企图把IP电话当作是众所周知的传统电话,只是传输方式发生了改变,由电路交换变成了分组交换。而SIP协议侧重于将IP电话作为因特网上的一个应用,较其它应用(如FTP,E-mail等)增加了信令和QoS的要求,它们支持的业务基本相同,也都利用RTP作为媒体传输的协议,但H.323是一个相对复杂的协议。

3.实时传输技术
实时传输技术主要是采用RTP(Real-time Transport Protocol 实时传输协议),详细说明了在互联网上传递音频和视频的标准数据包格式,包括数据和控制两部分。RTP提供了时间标签和控制不同数据同步的机制,可以让接收端重组发送端的数据包,可以同工接收端收到多点发送组的服务质量反馈。

服务质量反馈表

4.服务质量(Qos)
VOIP电话中主要采用RSVP(Resource ReSerVation Protocol资源预留协议)以及进行服务质量监控的RTCP(RTP Control Protocol 实时传输控制协议)来避免网络拥塞,保障通话质量。资源预留的过程从应用程序流的源节点发送Path消息开始,该消息会沿着流所经路径传到流的目的节点,并沿途建立路径状态;目的节点收到该Path消息后,会向源节点回送Resv消息,沿途建立预留状态,如果源节点成功收到预期的Resv消息,则认为在整条路径上资源预留成功。RSVP是第一和标准的Qos信令协议,它用来动态建立路由器网络任何一端上终端系统或主机在彼此之间动态的申请,建立保留带宽路径,为网络上的数据传输预定和保证Qos。它对于需要保证带宽和时延的业务,如语音传输,视频会议等具有十分重要的作用。

5.网络传输技术

VOIP电话中网络传输技术主要是TCP和UDP,此外还包括网关互联技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议RTP提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务,因此IP电话中可用RTP来传送话音数据。在RTP报头中包含装载数据的标识符、序列号、时间戳以及传送监视等,通常RTP协议数据单元是用UDP分组来承载,而且为了尽量减少时延,话音净荷通常都很短。lP、UDP和RTP报头都按最小长度计算。VOIP话音分组开销很大,采用RTP协议的.IP电话格式,在这种方式中将多路话音插入话音数据段中,这样提高了传输效率。此外,静音检测技术和回声消除技术也是IP电话中十分关键的技术。静音检测技术可有效剔除静默信号,从而使话音信号的占用带宽进一步降低到3.5kb/s左右。一般的语音会包含多达50%的静音,会一定程度上造成网络的带宽浪费,语音活动及静音检测技术可以有效的减少静音式发送的数据包。

VOIP技术, 网络电话

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