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浅析IP网络电话的应用技术

2014/04/26 Tang

一、IP语音技术
语音对于IP网络电话来说是非常重要的,语音技术不但要确保IP电话在通话中的语音质量,也要降低语音的编解码比特率。前者主要是分组丢失补偿和回波抵消技术;后者主要是语音编解码技术,包括静音检测。在IP通话过程中,时延太长时声音会出现语音不连续的感觉,而时延抖动感觉不是很明显。

目前在PSTN中普遍应用的是PCM语音编码,其比特率为64Kbit/s,语音采样频率是8KHz,它属于波形编码类型,其编码的最低比特率一般为 32Kbit/s,即ADPCM,若要进一步降低其比特率,特别是低于16Kbit/s的低比特率编码方案,必须采用新的编码理,这就是参数编码,又称声码器技术(Vocoder)技术它通过模拟人的发声器官,提取模型参数来降低话音信息编码率,IP网络电话推荐使用ITU—T定义的低比特率编码,其比特率为5.3~16Kbit/s,均为中低复杂度编码算法,语音分组长度在30ms以下,语音质量良好。

1、G.729系列原理
G.729系列协议是ITU—T制定的8kbps语音压缩编码协议,它的全称是共轭结构算术码激励线性预测(CS-ACELP:Conjugate—StructureAlgebraic-Code-Excited Linear-Prediction)。G.729A是G.729协议简化版本,两者仅仅是算法稍有不同,而传输速率、各比特的定义都相同,而且互相兼容。语音质量方面,G.729A仅在特殊情况下,音质不如G.727B增加了VAD (Voice Activity Detection静音检测)、DTX (Disotnuuasin Transmission)和CNG(Comfort Noise Generation舒适噪音)功能。G.729B一般和G.729或G.729A一起使用,所以有G.729B+G.729A和G.729B+G.729的版本。这一语音算法是基于ABS (Analysis By Synthesis)原理即基于合成的分析建立在CELP模型基础上语音生成模型。G.729或G.729A对语音信号的采样速率为8KHz,它对语音信号进行分帧处理,每帧语音包含8O个样点,即帧长为10ms。对于每一个十毫秒的帧,编码器对输入语音信号分析得到CELP模型的参数(线性预测滤波器系数自适应码本和固定码本的码字)。这些参数被编码后传输,在解码端,这些参数被用来产生激励信号及合成滤器。语音由激励信号通过短期合成滤波器重建。

在IP网络中分组丢失是避免不了的,丢失的原因大多是线路误码或网络路由故障,更常见的原因则是传输时延过长或者网络拥塞导致分组而被丢弃。由于低比特率声码器都是基于线性预测编码原理,当其值是通过以前历史值线性组合而得,因此通过内插的方法不难得到丢失分组的近似估计值。 ITU—T定义的标准编码的解码器部分都已包含分组丢失补偿这一功能。对于纯电话系统来说,语音信号的接收和发送都是不同的物理线路,也就是所谓的四线制,不存在回音的问题。如果IP网和PSTN连接,通信双方至少一方是二线制电话,涉及有混合线圈的2/4线转换电路,就会产生回音。从原则理论上讲,混合线圈对端间的衰耗应为无穷大,这样IP电话发出的语音信号只能送到PSTN电话,不会串到对端。由于现实很难做到全部的平衡,这样一部分将漏到对端返回IP电话,如果传输时延过大,发话者就会感到明显的回音,严重干扰通话。按照电话网的严格规定,单向时延大于25ms就需考虑回波问题,实际上单向时延达到100-150ms人耳感觉尚可容忍。目前回波控制均采用回波抵消方法,即通过自适应方法估计回波信号的大小,然后在接收信号中减去此估计值,此方法已专门芯片推出。在IP网络和PSTN互通情况下,回波抵消功能一般由网关完成。

二、详解IP语音通信协议

IP语音通信协议应包含以下几个方面:

1、语音通信控制协议解析
语音通信控制协议就是电信网中的呼叫控制信令,它包含地址信息、用户状态信息、音信号、DTMF信号等,这些信息是以控制分组的形式发送的。由于信令的重要性,采用可靠的传送方式,如果发生差错可通过重发机制校正,因此此类协议采用TCP协议。

2、语音信息传送协议解析
语音信息协议规定了语音分组应如何封装、复用和传送,包括具有语音检测功能的各种语音编码分组如何封装和标识。由于话音分组需要实时传送,不允许有大的时延,因此无法采用重发校错机制,即语音分组只能采用UDP协议。

3、实时控制协议解析

RTP (Real-Time-Protoco1)协议,RTP是IETF定义的用以传送音频视频、流的协议,RTP建立在UDP上,在RTP的头部,定义了一个时间戳(Time Stamp),使得音视频的实时传送及同步得到保证,该协议可传送分组的时间戳(time stamp)、分组序号等信息,支持Qos监视和多数据流合并。RTCP则是控制和监视RTP及其QoS的协议。。IP网络电话利用RTP分组语音数据。此外,为了确保分组语音通信的实时性,还可采用RSVPf协议为呼叫保留网络资源,RSVP (Resource Reservation Protocol)一般说来在IP网络上保留足够的带宽用于多媒体的传送是十分困难的,为此IETF定义了资源预留协议RSVP。RSVP允许接收者申请特定数量的带宽用以进行数据传输,有了RSVP,传统的无QoS (Quality of Service)保证的IP网络获得了QoS保证。

三、IP电话网络安全管理技术
IP网络电话是基于在Internet网络基础上,而Internet网络是开放式网络,这给IP网络电话安全管理带来较大的考验,防止网络受到恶意攻击,网络安全和用户信息泄露。这就使IP网络电话除了一般的管理外,还必须具有完善的安全管理技术其安全管理技术。
主要包括以下几方面:

1、权限管理:用户的身份验证,接人控制功能,系统对每个呼叫进行鉴权功能;

2、加密:信令消息、计费等信息的加密;

3、数据的完整性:确保用户信息不能被未授权的其他人截取或修改。

随着宽带接入网的发展和住宅局域网的普及,开发低成本、高性能、易于使用的终端将是未来网络电话发展的重要技术之一。以目前的技术和IP网的网络条件而言,IP电话的质量还无法与现有电话相比,由于Internet是一种不可管理的网络,带宽条件动态变化,不保证服务质量。因此,在公共的Internet上实现非常好的话音质量是非常困难的。而对于Intarnet和专网来说有保证服务质量的机制可以实现较好的话音质量。当然,随着IP网络、语音压缩技术的发展、网络带宽的增加和一系列标准协议的推出,极大地改善了话音质量,IP电话的话音质量会不断的提高,使IP电话话音质量逐步接近于传统电话。相信不久的将来,IP网络会克服种种的弊端,通话质量完全代替现在的传统电话。

IP电话, 网络电话

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