2014/04/26 Tang
一、IP語音技術
語音對于IP網絡電話來說是非常重要的,語音技術不但要確保IP電話在通話中的語音質量,也要降低語音的編解碼比特率。前者主要是分組丟失補償和回波抵消技術;后者主要是語音編解碼技術,包括靜音檢測。在IP通話過程中,時延太長時聲音會出現語音不連續的感覺,而時延抖動感覺不是很明顯。
目前在PSTN中普遍應用的是PCM語音編碼,其比特率為64Kbit/s,語音采樣頻率是8KHz,它屬于波形編碼類型,其編碼的最低比特率一般為 32Kbit/s,即ADPCM,若要進一步降低其比特率,特別是低于16Kbit/s的低比特率編碼方案,必須采用新的編碼理,這就是參數編碼,又稱聲碼器技術(Vocoder)技術它通過模擬人的發聲器官,提取模型參數來降低話音信息編碼率,IP網絡電話推薦使用ITU—T定義的低比特率編碼,其比特率為5.3~16Kbit/s,均為中低復雜度編碼算法,語音分組長度在30ms以下,語音質量良好。
1、G.729系列原理
G.729系列協議是ITU—T制定的8kbps語音壓縮編碼協議,它的全稱是共軛結構算術碼激勵線性預測(CS-ACELP:Conjugate—StructureAlgebraic-Code-Excited Linear-Prediction)。G.729A是G.729協議簡化版本,兩者僅僅是算法稍有不同,而傳輸速率、各比特的定義都相同,而且互相兼容。語音質量方面,G.729A僅在特殊情況下,音質不如G.727B增加了VAD (Voice Activity Detection靜音檢測)、DTX (Disotnuuasin Transmission)和CNG(Comfort Noise Generation舒適噪音)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。這一語音算法是基于ABS (Analysis By Synthesis)原理即基于合成的分析建立在CELP模型基礎上語音生成模型。G.729或G.729A對語音信號的采樣速率為8KHz,它對語音信號進行分幀處理,每幀語音包含8O個樣點,即幀長為10ms。對于每一個十毫秒的幀,編碼器對輸入語音信號分析得到CELP模型的參數(線性預測濾波器系數自適應碼本和固定碼本的碼字)。這些參數被編碼后傳輸,在解碼端,這些參數被用來產生激勵信號及合成濾器。語音由激勵信號通過短期合成濾波器重建。
在IP網絡中分組丟失是避免不了的,丟失的原因大多是線路誤碼或網絡路由故障,更常見的原因則是傳輸時延過長或者網絡擁塞導致分組而被丟棄。由于低比特率聲碼器都是基于線性預測編碼原理,當其值是通過以前歷史值線性組合而得,因此通過內插的方法不難得到丟失分組的近似估計值。 ITU—T定義的標準編碼的解碼器部分都已包含分組丟失補償這一功能。對于純電話系統來說,語音信號的接收和發送都是不同的物理線路,也就是所謂的四線制,不存在回音的問題。如果IP網和PSTN連接,通信雙方至少一方是二線制電話,涉及有混合線圈的2/4線轉換電路,就會產生回音。從原則理論上講,混合線圈對端間的衰耗應為無窮大,這樣IP電話發出的語音信號只能送到PSTN電話,不會串到對端。由于現實很難做到全部的平衡,這樣一部分將漏到對端返回IP電話,如果傳輸時延過大,發話者就會感到明顯的回音,嚴重干擾通話。按照電話網的嚴格規定,單向時延大于25ms就需考慮回波問題,實際上單向時延達到100-150ms人耳感覺尚可容忍。目前回波控制均采用回波抵消方法,即通過自適應方法估計回波信號的大小,然后在接收信號中減去此估計值,此方法已專門芯片推出。在IP網絡和PSTN互通情況下,回波抵消功能一般由網關完成。
二、詳解IP語音通信協議
IP語音通信協議應包含以下幾個方面:
1、語音通信控制協議解析
語音通信控制協議就是電信網中的呼叫控制信令,它包含地址信息、用戶狀態信息、音信號、DTMF信號等,這些信息是以控制分組的形式發送的。由于信令的重要性,采用可靠的傳送方式,如果發生差錯可通過重發機制校正,因此此類協議采用TCP協議。
2、語音信息傳送協議解析
語音信息協議規定了語音分組應如何封裝、復用和傳送,包括具有語音檢測功能的各種語音編碼分組如何封裝和標識。由于話音分組需要實時傳送,不允許有大的時延,因此無法采用重發校錯機制,即語音分組只能采用UDP協議。
3、實時控制協議解析
RTP (Real-Time-Protoco1)協議,RTP是IETF定義的用以傳送音頻視頻、流的協議,RTP建立在UDP上,在RTP的頭部,定義了一個時間戳(Time Stamp),使得音視頻的實時傳送及同步得到保證,該協議可傳送分組的時間戳(time stamp)、分組序號等信息,支持Qos監視和多數據流合并。RTCP則是控制和監視RTP及其QoS的協議。。IP網絡電話利用RTP分組語音數據。此外,為了確保分組語音通信的實時性,還可采用RSVPf協議為呼叫保留網絡資源,RSVP (Resource Reservation Protocol)一般說來在IP網絡上保留足夠的帶寬用于多媒體的傳送是十分困難的,為此IETF定義了資源預留協議RSVP。RSVP允許接收者申請特定數量的帶寬用以進行數據傳輸,有了RSVP,傳統的無QoS (Quality of Service)保證的IP網絡獲得了QoS保證。
三、IP電話網絡安全管理技術
IP網絡電話是基于在Internet網絡基礎上,而Internet網絡是開放式網絡,這給IP網絡電話安全管理帶來較大的考驗,防止網絡受到惡意攻擊,網絡安全和用戶信息泄露。這就使IP網絡電話除了一般的管理外,還必須具有完善的安全管理技術其安全管理技術。
主要包括以下幾方面:
1、權限管理:用戶的身份驗證,接人控制功能,系統對每個呼叫進行鑒權功能;
2、加密:信令消息、計費等信息的加密;
3、數據的完整性:確保用戶信息不能被未授權的其他人截取或修改。
隨著寬帶接入網的發展和住宅局域網的普及,開發低成本、高性能、易于使用的終端將是未來網絡電話發展的重要技術之一。以目前的技術和IP網的網絡條件而言,IP電話的質量還無法與現有電話相比,由于Internet是一種不可管理的網絡,帶寬條件動態變化,不保證服務質量。因此,在公共的Internet上實現非常好的話音質量是非常困難的。而對于Intarnet和專網來說有保證服務質量的機制可以實現較好的話音質量。當然,隨著IP網絡、語音壓縮技術的發展、網絡帶寬的增加和一系列標準協議的推出,極大地改善了話音質量,IP電話的話音質量會不斷的提高,使IP電話話音質量逐步接近于傳統電話。相信不久的將來,IP網絡會克服種種的弊端,通話質量完全代替現在的傳統電話。
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