IP电话网络

IP电话网络（精选7篇）

IP电话网络 篇1

1 概述

IP语音传输,或称为Vo IP (Voiceover IP)是指将语音信号进行压缩编码和分包等处理,然后通过IP网络进行传输,最后在接收端重构语音的一种语音传输方式。IP网络电话中的语音处理主要解决两个问题:一是在IP网络环境下保证一定的通话质量,二是在保证一定语音质量的前提下尽可能地降低码率。基于线形预测编码技术及其LPC正则方程的自相关解法,在降低码率上取得一定的成效,但其抗噪能力较差[1,2];文献[3]和文献[4]对三种常用的IP电话语音压缩编码技术进行了阐述,三种技术分别得到了广泛应用。本文基于K-L变换波形编码技术的IP网络电话,它利用K-L变换最大程度地去除信号中的相关性则可达到数据压缩的目的,该算法不仅具有较低的传输码率,而且合成出的语音清晰、自然。

2 K-L变换及其编码原理

2.1 K-L变换基本原理

K-L变换是Karhunen-Love变换的简称,这是一种特殊的正交变换,主要用于一维和二维信号的数据压缩。

式中代表求均值运算是信号的x均值向量,Cx的元素

即协方差阵是对称的。显然,矩阵Cx体现了信号向量的各分量之间的相关性。若x的各分量互不相关,那么Cx中除对角线以外的元素皆为零。

K-L变换的思路是寻找正交矩阵A ,使得A对x的变换y的协方差阵Cy为对角矩阵,其步骤如下。

先由λ的N阶多项式

求矩阵Cx的特征值λ0 ,λ1,…,λN - 1,再由式

求矩阵Cx的N个特征向量A0 ,A1 ,…,AN - 1 ,然后将A0 ,A1 ,…,AN - 1归一化,即令 < Ai,Ai >= 1 ,i=0,1,…,N-1。由归一化的向量A0 ,A1 ,…,AN - 1就可构成归一化的正交矩阵A ,即

最后由y = Ax实现对信x号的K-L变换。

重构信号就是解逆变换,由下式完成

对x(n) 去除噪声,直接对x的变换y截取即可,即

2.2 压缩编码算法原理

将语音信号分成长度为180点的语音帧x(n),去直流后按 (1)式构造协方差矩阵Cx,作特征值分解,构造正交变换矩阵A; 用A对x(n)作K-L变换得到变换后的信号y,将y按(3)式进行截取得到信号y’;将y’按(2)式进行K-L逆变换重构语音信号x;将重构语音x抽取为N点并对其编码传输到解码端;在解码段通过插值技术恢复为180点的语音帧,通过帧间拼接技术,合成出语音。

3 算法仿真实验

按照上面提出的方案,用Matlab进行仿真实验。在仿真实验中,利用计算机上的录音机功能录制语音样本,样本采用采样率为8k Hz,8bit量化,PCM编码。

3.1 解码语音与原始语音波形比较

图1是该样本的压缩4倍的解码语音波形和原始语音波形比较。从以上图中可以看出,压缩后的解码语音波形几乎与原始语音波形一致。由此可以说明,当样点数压缩4倍时解码语音具有良好的清晰度和自然度。

3.2 同一语音样本在不同信噪比下的仿真

在信噪比分别为18d B和10d B下,按本文算法4倍压缩编码后的解码语音波形比较。

由图2可知,18d B噪声下的解码语音波形与原始语音波形非常逼近,表明,截取后的语音不仅信息损失很小,而且对随机的背景噪声具有很强的去噪能力。而10d B噪声下的解码语音稍有噪声的影响,这是由于处理过程中有效信息损失稍大,在解码段可选用恰当的插值函数予以改善。

4 结束语

基于波形编码技术的IP网络电话不仅具有较低的传输码率,而且合成出的语音清晰、自然。该技术不仅可用于IP网络电话,亦可用于数字语音存储。

IP电话技术及发展 篇2

关键词：IP电话,关键技术,发展

1 引言

1995年, 以色列Vocal Tec公司研制出名叫“Internet Phone”的软件。用户只要在电脑上安装该软件, 就可以通过互联网和任何地方安装相同软件的联机用户进行通话。这项技术一经出现便引起全世界的瞩目, 这便是IP电话的雏形。

2 IP电话概述

IP电话自产生至今, 使用名称和形式不断发生变化, 我国信息产业部于2003年发布的《电信业务分类目录》中对IP电话的定义是:“由电话网络和IP网络共同提供的电话到电话的以及计算机到电话的电话业务, 其业务范围包括国内长途IP电话业务和国际长途IP电话业务。IP电话业务在整个信息传递过程中, 中间传输手段采用IP包方式”。IP电话发展一共经历了三个阶段。

2.1 萌芽期:PC to PC

自从“Internet Phone”软件出现后, 不少软件公司都仿效推出了类似的软件, 比如英特尔的Internet Video Phone、微软的Net Meeting、IDT的Net2Phone等。用户只需在PC机上安装对应软件, 并配合扬声器、送话器、声卡等设备, 打开软件登陆到相关系统, 就可以在IP网上与同样安装了这些软件并且登陆到同一系统的用户实现免费通话, 但是当时语音质量得不到保障。

2.2 发展期:PC to Phone

在这一阶段运营商开始利用互联网传输信息来替代传统的长途电话线路, 将Internet与PSTN通过网关结合起来, 大大降低了通信费用。用户可通过客户端的软件输入被叫号码, 根据被叫号码找到对应网关, 通过网关向被叫用户发起呼叫请求。后期为了保证语音的传输质量而构建了VPN。

2.3 成熟期:Phone to Phone

电话到电话是指电话网中的一台普通的电话经过IP网与电话网中的另一台普通电话进行通信。将传统的PSTN网中的语音信号转移至IP网, 但必须在两种网络之间安装网关。这种电话的通信方式就是人们常讲的IP电话。

3 原理

将普通的电话的模拟信号进行压缩编码并打包处理, 通过Internet传输到达对方后再进行相反变化还原为模拟信号。

3.1 语音到数据的转换

从电话机发出的模拟信号通过数字交换机的模拟用户接口电路进行A/D转换, 目前采用的语音编码标准为ITU-T G.711, 交换机将编码后的PCM信号送至网关。

3.2 原数据到IP包

网关对PCM语音包进行特定帧长的压缩编码, 然后送入语音处理器为其添加包头等其他信息后形成数据包。

3.3 传送

网络中的各个节点检查每个IP数据包的目的地址, 进行转发下一跳直至目的地。

3.4 IP包到数据的转换

目的IP设备收到数据包后先通过一个可变长度的缓冲器来减少时延抖动, 再去除地址信息和控制信息, 送至解码器转化为连续的PCM编码送至数字交换机。

3.5 数字语音转化为模拟语音

数字交换机模拟用户电路将PCM编码转化成模拟信号传送至电话机, 话音信号通过受话器接收。

4 关键技术

IP电话的关键技术主要是解决信号在传输过程中的语音质量问题、全网的互通性以及通信过程中的安全问题以及QOS问题, 包括语音处理技术、服务质量保障技术、信令技术等。

4.1 语音处理技术

IP网中的语音处理技术包括降低比特率的语音编码技术和静音检测技术, 以及保证通话质量的分组丢失补偿、回波抵消和消除时延抖动技术。PCM语音包在送至IP网进行传输前必须经过压缩编码, 在IP电话网中编码方式的选定取决于语音质量、时延、编码比特率和算法。而语音质量作为衡量编码算法之一, 一般通过平均意见分 (mos) 进行测试, 即由20-60个非专业测试者对所听到的语音进行综合打分, 然后进行系统分析, 采用5级记分制进行编码器质量区分。而降低语音编解码比特率可以充分利用网络带宽, 我国IP电话系统广泛采用G.729编码和G.723.1编码。

4.2 服务质量保证技术

4.2.1 资源预留协议 (RSVP)

RSVP对每一个数据流经过的网络节点发出预留资源的请求, 请求中包含了业务流标识及业务特征, 要求采用RSVP的网络中的节点必须支持该协议, 并且根据用户的需求和网络资源为每个连接保留需要的带宽资源, 从而建立起一个“路径状态”。不过PRVP采用的是软状态, 需要端点周期性的发送PSVP及路径信息, 保证路径上各路由器维持资源预留状态。如果超时未收到该信息, 则预留的资源会释放。由于RSVP需要为每个单独的数据流在网络节点处进行资源预留, 所以其网络结构与控制比较复杂。加之RSVP的实施依赖于传输路径上的路由器, 而在大型网络中核心路由器端口对应的是高带宽链路, 对于数据流预约的小带宽会耗费掉大量的CPU资源和存储资源, 制约了路由器的容量。目前RSVP技术主要用于企业网和小型的ISP网络。

4.2.2 区分服务

区分服务俗称差分法, 对应于RSVP出现的问题, 区分服务模式将复杂性降低到网络边缘。处于网络边缘的路由器根据业务的特性和服务要求将其划分为不三种不同类别的转发服务 (PHB) , 分别是BE PHB (尽力而为转发) 、EF PHB (快速转发) 和AF PHB (可靠转发) , 并为每一个数据报添加业务类型标记, 网络中的核心路由器根据业务类型标记提供不同等级的服务质量及处理策略。在网络发生拥塞时, 服务级别高的用户在排队和占用资源时比低级别的用户享有更高的优先权。目前区分服务一般作为IP骨干网的服务质量解决方案。

4.3 信令技术

目前IP电话网中最常用的信令为H.323协议簇和SIP协议。H.323协议是ITU-T于1996年制定的有关多媒体通信的协议集, 定义了呼叫建立的全部过程。包括的控制信令、音视频编解码信令、多媒体通信协议以及媒体传输信令。采用H.323协议栈的IP电话网的基本结构包括网关、多点控制单元 (MCU) 和网守组成。会话初始协议 (SIP) 是IETF于2002年定义的, 基于文本格式的客户/服务器方式以文本的形式表示消息的语法、语义和编码, 由客户机发起请求, 服务器进行响应。定义了用户代理、代理服务器、注册服务器和重定向服务器四个主要网络实体完成呼叫控制。SIP侧重于将IP电话作为Internet中的一个应用, 相比其他应用增加了信令和服务质量的要求。

5 发展

随着IP技术的发展, IP电话潜在的市场得到了多家运营商和设备制造厂商的关注。2009年4月28日, 中国电信首批在北京、广州、上海等14个城市展开了IP电话业务试验, 次年4月1日转入正式运营。美国电信巨头Verizon和AT&T在各州游说, 希望在美国用IP电话系统取代老式普通电话, 并且加利福尼亚、得克萨斯、佐治亚、佛罗里达、威斯康星、北卡罗莱纳和俄亥俄等州已经同意将电信资源更好地分配到现代化的电话技术和创新领域, 并将在接下来三年左右的时间里取消基于铜线的电话技术。而IP电话的经营商为了增强自身竞争能力除却价格上的优势外还会提供多种增值业务, 例如用户通过电话或者PC接入传真、Email和寻呼消息的统一传信业务和IP电视电话业务以及IP漫游、基于Web增值服务、IP电话的电子商务等, 或与多家公司合作成立IP电话运营联盟, 推动IP电话业务发展。而目前出现的WLAN、WIFI等无线接入技术正在从数据业务领域侵入到语音业务领域, 促使IP电话向无线模式发展, 并由单一的模型发展为多种模型。IP电话不断向多媒体方向发展, 不仅提供语音业务, 也可加入数据、视频等业务, 从简单的价格竞争转化为以业务竞争为主。

6 结语

传统电话网的IP化改造 篇3

电话网现状

现有电话程控交换系统自1991年建成, 已运行24年, 曾发挥了重要的作用。该交换网络有47台 (套) 程控交换设备, 分省、市、县三级交换网, 以济南的中心交换局为核心, 呈三级树形结构。省局是C1级, 8个市地局是C2级, 31个县局是C3级。覆盖了省局机关、14直属单位、8个市地级局及31个县局的语音通信。2004年对省局、市地局和部分县局进行了更新维护, 目前该网络大部分设备尚能勉强维持运行。交换设备是华为公司的早期产品, 主要有C&C08、EAST8000两种机型, 个别单位采用其它厂商的小交换机或PCM设备。

存在的主要问题

(1) 设备老化严重, 威胁防汛通信安全

通信设备的使用寿命周期一般为7到8年, 目前全网有23台设备的服役期已超过10年。设备老化严重, 故障率不断上升, 系统稳定性急剧下降。因设备故障导致的大面积电话业务中断时有发生, 已对全局各级管理部门的日常工作带来了较严重的影响。另一方面, 由于通信技术的快速发展, 大部分设备生产厂家都已经停止了程控交换设备的研发和升级, 很多型号已经停产。C&C08 B型程控交换机从2014年起已不再接受订单, East8000已经停产多年, 这对网络的运行维护造成很大的困难。

(2) 业务功能单一, 无法满足业务扩展的需要

随着近年信息化建设和应用水平的快速提高, 业务工作不仅对语音有需求, 还需要对数据、文档、图像、视频等多种信息的支持, 各种信息可以在同一平台上进行交互, 在紧急时刻还需要通信系统能够提供群呼、一号通、统一通信等功能, 为综合会商和方案调度提供支撑, 但是传统的程控交换机, 无法满足这些需求。

(3) 灵活性差, 不具备应急能力

防汛通信需要一定的应急能力, 尤其是沿岸分布的管理段、堤防养护班、仓库、抢险队、闸管所等单位位于防汛抢险工作的一线, 又是各种突发事件易发的地段, 必须要具有利用各种网络资源和终端资源, 灵活、快速建立通信的能力, 但是程控交换的传输系统采用线路交换方式、路由单一、互补性、容灾性差不能满足应急需求。

(4) 电话程控交换网建设成本高, 覆盖范围小

很多基层单位, 对语音通信有着强烈的需求, 但是由于这些单位和机构地处偏远、位置分散, 在现有的程控交换体系下, 要解决语音通信问题, 建设和运行成本非常高, 施工难度大, 所以一直都没有覆盖到。

(5) 网络结构不合理, 重要节点缺乏保护

网络采用的是三级树形结构, 且重要节点没有备份路由, 单点故障即可造成下级节点的全部中断。同时过多的网络层次导致维护管理难度大, 业务周期变长, 一些业务甚至无法开展。

建设目标和范围

建设目标是构建一个技术先进、安全可靠、运行稳定、业务调整快速灵活、便于维护的软交换通信系统, 除可完全代替现有程控网的作用外, 还支持移动电话、可视电话、IP电话、个人电脑等终端接入, 具有统一通信等智能语音业务、可统一管理全网设备及用户。实现计算机网络通达的地方, 就能进行语音通信, 解决目前存在的防汛通信技术落后、设备老化、基层防汛单位语音通信困难等突出问题, 满足各级对语音通信的需求。

(1) 省局

配备软交换核心控制设备1台 (包括中继容量32个2M、UC用户许可600个、视频许可50个) 、IP话机40部、双接口电话20部、边缘接入控制器1台、综合接入设备6套、用户配线架6架、综合机柜6架、统一网管系统1套、计费终端和管理维护终端1台、话务台1台、网络版计费软件1套。

(2) 市地局、县局及以下基层单位

建设8个地市级局的综合业务接入网关和承载网, 并配置话务台、计费和管理终端等设备;县局及以下基层单位配置综合接入设备。以市局为单位, 根据每个单位实际需要, 综合接入设备10~25套 (用户容量共1632~2792线) 、配线架11~23架, 综合机柜11~23架, 计费终端和管理维护终端各1~5台, 汇聚交换机1~2台, 话务台1台, 双接口电话3~5部, IP电话9~15部。

组网方案

与程控交换方式不同, 软交换采用IP网的分组交换模式, 不需要构建专用网络, 依托于已建成的广域计算机网即可。信息中心作为汇接局 (一级) , 8市局作为各所属县局的汇接局 (二级) , 县局及以下基层单位、站点等通过综合接入设备IAD接入, 组成结构简单、层次清晰、便于管理和维护的两级交换网络结构。

(1) 省局部分

省局信息中心的软交换核心交换设备上连到流域信息中心, 下连8个市地局;省局机关、信息中心等14个驻济单位通过综合接入设备接入信息中心核心交换设备;核心交换设备通过2M数字电路与地方电信部门的公用电话网 (PSTN) 连接。系统组网如图1所示。

(2) 市地局、县局及以下基层单位

市局上连省局, 下挂县局及县局以下基层单位, 综合接入网关通过2M数字中继与公网 (PSTN) 连接, 组网如图2。

县局及以下基层单位通过承载网下挂在所属市地局。组网结构如图3。

设备部署方案

(1) 省局部分

省局主要部署软交换核心平台和业务接入部分。

软交换核心平台:在省局配备一套软交换核心平台, 包括软交换核心控制SS, 综合接入设备, 运营支撑系统和统一网管系统等, 全网设备用户将由省局的核心控制设备进行统一管理和控制, 实现模拟电话、IP电话、可视电话、手机软终端、台式计算机、平板电脑等终端的快速接入。

省局的核心控制设备将与上级流域中心局的核心控制设备互为容灾备份, 实现网元的双归属, 当省局SS出现故障时, 全网用户将自动倒换至流域中心局SS, 提高网络的通信保障能力。

业务接入:负责完成用户和中继业务的接入, 不仅实现省局用户PSTN出局呼叫, 而且能与省局网络中不改造的的PABX用户的互联, 实现这部分用户与软交换网络的互通。

计费和综合网管:部署一套计费系统和网管系统, 提供全网的用户计费和网元管理等。系统还能根据需要进行权限设置, 使市、县局用户根据设定的权限, 实现对所管站点计费和网络的独立管理功能。

(2) 市局部分

市局主要部署业务接入部分。在市局配置一套综合接入网关设备, 完成电话用户和中继业务的接入, 实现市局和县局用户的公网 (PSTN) 出局呼叫。在市局与省局传输通路中断的情况下, 实现用户从公网迂回路由的呼叫, 还具备自交换功能, 实现市局与所辖各县局之间的通信畅通。与省局相同, 实现IP电话、可视电话、手机软终端、个人计算机、平板电脑等终端接入。

计费和网管:在各市局配置计费终端和网管终端, 实现对本市局及所辖县局用户的统一计费管理和网元用户管理。

(3) 县局及县局以下基层单位

县局建设的主要内容包括业务接入部分。配置IAD设备完成县局和县局以下单位电话用户的接入, 县局用户的公网 (PSTN) 呼叫从所属市局出局。在县局与市局传输通路中断的情况下, IAD具备自交换功能, 实现县局本局用户间的通信畅通。实现IP电话、可视电话、手机软终端、个人计算机、平板电脑等终端接入。

(4) 编号方案

按照部颁通信网自动电话编号标准, 制定本内网电话编号规则为:“接入字冠+长途区号+N+分机号”, 其中系统内部接入字冠为“9”;长途区号为所在地的公网长途区号;N的取值范围为0~9, 流域机构取偶数, 地方厅局取奇数进行分配。

技术要求

(1) 软交换核心控制设备

核心交换设备由网关MTAE硬件平台开发而成, MTAE机框支持业界标准的AMC板卡内置, 采用前后对插方式, 提高系统集成度。

网关由MGC、MGW和MRP 3大部件组成, 这3大功能部件部署灵活, 可分离也可合并部署:

MGC呼叫控制:包括用户注册、呼叫控制、业务管理和触发、路由选择等多种功能。

MRP媒体资源能力:媒体服务器提供强大的媒体资源能力, 专业的媒体资源板使得对媒体资源的处理更加得心应手, 支持多种语音、视频、传真的编解码格式, 属于专业级的媒体资源平台, 提供高质量、专业的通话质量和会议质量。

MGW提供宽窄带一体化的接入能力:丰富的业务板卡可以方便的进行插拔和扩容, 支持ISUP、TUP、PRI等多种窄带中继, 可以方便地与PSTN/PLMN/IMS等运营商网络对接。

这3部分功能均使用相同的软硬件平台, 3种功能可以灵活的进行组合, 满足开局组网与对接需求。系统的逻辑组成。

网关的MGC功能、MRP功能、MGW功能可分可合。

集中式组网:使用单独一套设备实现功能。

分布式组网:将MRP功能和MGW功能合一, 使用一套设备提供, MGC功能使用一套设备提供, 实现分布式应用需求。

具有高密度、高扩展、支持集中式和分布式组网, 高节能、高可靠性、机框双主控, 网关、媒体资源板负载均衡, 双中心系统容灾等特点。

(2) 综合接入网关设备

设备功能:支持本地再生功能, 高可靠性解决方案能力, 高保真内置式语音会议;支持统一网管, 本地网管, 自带可视化工具, 可实现1小时开局;一体化接入能力, 同时支持模拟用户和IP用户接入, 高集成度, 单设备最大96/224/192路模拟用户接入。内置Voicemail语音邮箱, 内置Web管理界面, 提供会议预定、前转号码修改、一号通号码修改等配置功能。

交直流电源能力, 且支持1+1备份;提供主处理板热备, 倒换后通话不中断, 提供多资源板负荷分担, 提供多中继接口板负荷分担, 提供网口备份, 能够自动切换;电源模块2+1均流和备份。

(3) 综合接入设备

综合接入设备是基于IP的语音/传真 (Vo IP/Fo IP) 媒体接入网关, 提供基于全球IP网络的高效、高质量的话音服务。通过标准的SIP协议与IP PBX或NGN设备配合组网, 满足不同用户规模、不同应用场景的接入需求。

功能:支持模拟话机用户接入到IP网络, 支持数据用户接入到IP网络, 支持FXO口出局, 支持传统PSTN电话业务, 如主叫号码显示、呼叫转移和呼叫等待等, 配合IP PBX实现智能业务和特色应用业务, 如一号通等。

(4) 其他功能

统一业务平台。对第三方提供开放的标准API接口, 完成新业务的生成和提供功能。

统一网管系统。在省局配置统一网管系统, 在网元层、网元管理层、网络管理层、业务管理层4个层次, 对软交换体系中的各层网元进行统一网管。可实现:设备管理、业务管理、单点登录、告警管理、性能管理和拓扑管理。软件技术要求:支持Windows7 (32位) +My SQL 5.5。支持如下操作系统和数据库的组合:Windows Server 2008R2标准版 (64位) +My SQL5.5;Windows Server 2008R2标准版 (64位) +Microsoft SQL Server 2008 R2标准版。标准版和专业版支持如下操作系统和数据库的组合:Windows Server 2008 R2标准版 (64) +My SQL 5.5;Windows Server 2008 R2标准版 (64位) +Microsoft SQL;Server 2008 R2标准版SUSE Linux 11 SP3 (64位) +Oracle 11g R2标准版。

运营支撑系统。建设运营支撑系统, 包括网络计费系统、话务台等。

边缘接入控制器。在省中心局配置边缘接入控制器, 解决不同网络之间的互通问题, 解决不同网络软终端与内部专用通信系统的连接问题。

升级效果分析

(1) 先进性

随着通信技术的发展, 程控交换技术已经被淘汰, 无法跟上未来通信网络发展的潮流, 只能使用E1电路进行传输, 带宽小只能满足模拟电话的通信需求, 只能提供NO.7号信令和NO.1号信令, 业务接入能力差, 无法满足移动电话、可视电话、IP电话、个人电脑等终端的接入。

(2) 可靠性

程控交换机型目前面临厂家陆续停产的问题, 备品备件难以采购, 技术服务支持无法长期保证, 若设备发生故障或雷击, 无法保证设备的及时修复。

(3) 施工及维护成本

程控交换机机房占用面积大, 运输安装成本高, 在施工过程中受到的限制较大, 设备一般采用48V直流电源, 不能使用220V市电, 需建设的配套设施较多, 灵活性较差。日常运行维护需本地人员对设备进行查看, 无法远程进行维护, 对维护人员的专业技术要求较高。

(4) 工程造价

在工程造价方面, 采用传统程控交换机更新改造方案低于软交换方案, 但是有些基层单位无法覆盖。本工程程控交换机更新改造方案的估算价格约1900万元, 软交换方案为2600万元。

IP电话技术的应用现状及前景 篇4

关键词：IP电话,应用现状,应用前景

IP电话自20世纪90年代产生以来, 各种应用形式层出不穷, 名称也随之变得多种多样, 根据信息产业部对IP电话的官方定义, 我们知道, IP电话是指包括电话网络和IP网络在内的, 电话到电话或者计算机到电话这种两点之间的电话往来业务, 其服务范围跨越国内和国际长途的IP电话业务。IP电话技术在进行信息的传递时, 此过程中传输段需要使用IP包的方式。基于上述定义的IP电话4种特征分别是:通过IP电话技术网络来实现话音的通信功能;通过网关与PSTN的互连, 完成网络的呼叫控制和认证与管理等功能;其使用标准是SIP协议;网络组织通过“域”来完成。

1 IP电话基本原理

IP电话技术, 又称网络电话或Vo IP, 是基于IP技术的分组化和数字化的数据或信息传输新技术, 其基本原理如下:首先要对来自普通电话的模拟信号进行处理, 运用模数转换模块转变为数字信号;然后再使用语音压缩算法, 目的是对数字数据作压缩编码的处理;接着会把处理后的语音数据打包, 但需要按照IP的相关协议来进行;经过IP网络的传输把数据包传到接收端;对语音数据包重新分配, 或者说是拆分IP包;在经过解码解压模块的处理后;接下来经过数模转换模块转变为模拟语音信号。至此, 完成了使用IP网络传输语音信号的功能, 整个信号传输过程可以由图1表示出来。

2 IP电话的基本组成和优缺点

(1) IP电话技术的整体框架一般是由下面3个部分构成:电话和网关;另一个部分是网络管理者, 又叫关守。当然, 具有与IP网络或者一线通ISDN网络之间的互连接口只是作为一个IP电话技术结构最基本的构成而已, 而实际中的IP电话技术结构的组成要复杂得多。IP电话技术结构的构成图如图2所示。

(2) IP网络电话的优点目前包括以下几点:1) 可以使得网络资源得到高效利用和共享, 这种优势超越了以往所有的;2) 提供较之以往成本来说比较廉价的服务;3) 能够做到和数据业务有十分大的兼容功能。

(3) IP网络电话的缺点目前包括下面几点:1) 话音质量没有保证, 由信号不太好引起, 尤其是在一些偏远的地区, 或者由于附近建筑物的影响而造成;2) 互通性差;3) IP网络传输的容量比较小, 一次传输往往不能满足较复杂的传输信息, 而且还存在延时和信息丢失的不利情况。

3 IP电话技术的应用实例

3.1 华硕主板上的应用

IP电话技术已成功应用在华硕主板的研发和功能上。华硕推出的2款主板M2N/Tele Sky和P5B/Tele Sky, 对于使用它们的用户来说, 可以享受60 min的免费Skype远程电话的拨打时间。此处的2款主板都分别给出了一个适配器即Tele Sky telecom, 使用者可以利用这个适配器对家中的电话和电脑进行连接, 建立起数据通信的联系, 这样的话, 家里的电话就同时具有了一般普通电话和IP电话的双重功能 (Skype Vo IP) 。基于Skype Vo IP的支持环境下, 普通的电话能够实现免费的网络电话通话功能, 而且, 也能够实现较低价格的拨打网络对普通电话的通话功能, 使用者也能够方便的在自己家中, 就使用普通电话上进行属于IP电话的多种应用功能。

3.2 联想ThinkP a d笔记本电脑中应用

联想和Avaya合作时, 把IP电话功能嵌入到了NB中。Avaya再和联想合作时的计划是在联想的Think Pad笔记本电脑中进行一些改装或者叫做操作, 即预装了IP电话技术模块, 目的是用来为企业内部专业工作技术人员服务的, 提高他们利用计算机拨打和接听远程电话的进行信号传输的通讯能力。

这个新模块的加入包括了基于生物思想的身份识别登录系统模块, 让联想开发的指纹阅读器和口令管理器兼容了Avaya的IP电话技术模块软件, 极大地完善了使用者的身份识别功能。也就是说, 这个软件组合的新产品能够阻止利用计算机来拨打非法电话, 与此同时, Think Pad笔记本电脑还能够提供一个信息等待的指示灯功能, 进一步把键盘的照明功能转变成了对语音邮件进行查看操作的可视性警告。

3.3 IP P BX被用来代替旧式的P BX

IP PBX是利用IP数据网络来实现电话拨打的一种技术, 所有会话内容将会以数据的方式在网络上进行传输, 实现的功能很实际, 比如, 企业不需要改变外部的通讯设施, 而是利用IP PBX, 在不用变更号码的情况下, 通过内部数据网络进行转换, 即转换本地电话, 实现了外部电话共享功能。它的工作原理如图3所示。

如图3描述, IP PBX有以下几个部分组成:很多的SIP电话, 一个IP PBX服务器和一个可选VOIP网关, 这个网关可以连接已有的PSTN线路。基于下面的描述, 可以看出, IP PBX服务器与代理服务器很相似:SIP客户端不是软体电话, 但是也不是电话设备, 只是用IP PBX服务器进行注册, 当需要拨打电话的时候, 再请求IP PBX进行连接节就可以了, 十分方便。IP PBX中包含了用户目录以及相对应的SIP地址, 基于此, 一个实现功能是能够接通内部电话, 另一个实现功能是通过VOIP网关来接通外部电话。

之所以上述的功能能够实现是基于以下几点考虑的: (1) 与私有电话比较来说, 更方便安装与配置; (2) 因为是基于网络/GUI的, 所以配置界面方便进行管理; (3) VOIP供应商能够借此技术实现成本的节约; (4) 不再使用电话线, 因为软体电话能够直接在电脑上安装; (5) 可进行升级, IP PBX只用一台电脑来处理电话传输量和扩展, 即只需在传输网络中加一个电话就能够实现扩展。

4 结语

综上所述, 笔者对IP电话技术的未来应用趋势作一定程度的展望, 希望对有关的研究人员有所帮助。

随着IP电话技术具有的功能日益强大, 因特网协议 (IP) 的语音技术的推广和因特网协议在语音传输技术方面的迅猛发展, 这些都会极大地推动IP电话供应商在语音通信上的服务质量, 在提高语音服务质量的同时, 功能和特性方面也有了很大的突破。未来的IP电话处理器, 关键在于保证处理器在进行强大的实时处理时, 也能保持低功耗以及特性高度灵活等功能。

参考文献

[1]张召生.浅谈IP电话[J].山东煤炭科技, 2008 (2)

[2]洪峰.IP Phone技术[M].北京:人民邮电出版社, 2000

IP电话网络 篇5

系统的硬件平台主要由两个部分组成,分别是电视主平台和视频电话模块。如图1所示。

电视主平台部分主要完成音视频信号的采集、图像信号显示、声音输出等功能,采用目前优秀的图像视频处理公司Trident推出的WX68,能够支持两路AV,YPbPr,HDMI和一路VGA,另外单独加入了一个伴音处理芯片,能够对电视主平台的输出声音进行处理。

视频电话模块部分主要完成对音视频的压缩编码、打包传输、解码、分包等功能。采用TI公司的TMS320DM6446(后简称DM6446)芯片,作为主处理芯片,摄像头视频采集部分采用模拟PAL制摄像头,经过电视主平台,以CVBS的信号,输送给高精度视频A/D转换器TVP5160,得到数字视频,其采用精度是8 bit,输出支持CCIR-656和BT656等格式,然后输送给DM6446进行编码。MIC的声音,经过电视主平台的伴音处理芯片ST8137采集,以G.711音频的编解码算法进行编码,输送给声音芯片AIC330,把模拟声音转变成I2S数字声音,再输送给DM6446进行编码。将音视频编解码之后,生成的数据包输送给网络收发器,进行网络打包,然后进行发送。

2 系统软件设计

整个电视机系统软件平台同样由两模块组成:电视模块和IP视频电话模块。由于两模块的软件框架不一样,电视平台采用Trident公司自己提供的电视软件开发平台来实现,而IP视频电话模块采用Linux系统开发。

2.1 电视平台软件总体结构

电视主平台的软件结构分为3层,如图2所示。

底层为基于硬件的驱动程序,主要包括伴音驱动、LCD屏驱动、Tuner的驱动、摄像头驱动,这些驱动向下控制着硬件工作,向上提供接口给操作系统和应用层协议调用。中间层为控制管理平台,负责管理系统资源和任务调度。上层应用程序包括:搜台程序设计,主要负责TUNER的搜台应用;UI设计,主要负责菜单的设计和功能实现;图像处理模块,主要负责对图像进行处理。

2.2 视频电话平台软件总体结构

IP视频电话的软件架构分为3层,如图3所示。

底层基于硬件的驱动程序,包括AD5160的驱动、音频驱动等,这些驱动向下控制着硬件工作,向上提供接口给操作系统和应用层协议调用。

中间层是操作系统和协议栈程。其中,嵌入式操作系统负责管理系统资源和任务调度的DSP/BIOS程序。协议堆栈传输程序通过TCP/UDP/IP传输协议栈程序从网口接收输入的数据包,然后根据序号重组数据包,复原音视频压缩数据作为音视频解码的输入,另外通过协议栈把音视频编码产生的数据打包、分组传输。

上层应用程序包括:1)视频编解码程序,从网络输入数据缓冲中读取视频数据解码,通过24 bit RGB数据输送给Trident WX68芯片平台进行显示;另一方面根据H.264视频标准把摄像头采集输入的PAL制信号,通过Trident WX68芯片平台的AVOUT,以CVBS信号输送给达芬奇的AD芯片进行模数转换,后转换成CCIR-656或BT656的视频数据进行压缩编码,然后按照RTP传输协议进行数据封装,再调用协议栈程序打包,分组输出。2)音频编解码程序,根据ITU公布的G.711标准编写的语音编解码程序,一方面从网络输入缓冲中读取音频压缩数据进行解码输出;另一方面把编码后的音频数据封装成RTP数据包,再调用协议栈处理程序打包,分组输出。3)拨号器程序,主要是电话拨号呼叫和接听功能控制和管理,遥控器按键产生的数值,经过电视平台转换之后,由UART发送给视频电话模块的拨号器,然后封装在SIP数据包,再调用协议栈处理程序输出SIP包,向目标机发出呼叫功能,实现用户之间建立信道的连接服务。来电时接收SIP数据包,然后开始电话接听服务。4)网络收发程序,将进行音/视频压缩编码的数据包,再以实时传输协议(RTP)格式封装,经UDP/IP协议函数处理、打包、分组,通过双方UDP的Socket对来承载数据输出。因为每个RTP包含有时间戳和序号的报头,当通话双方收到对方的RTP数据包后,在接收端配以适当的缓冲,利用时间戳和序号信息重组、还原数据包,检包进行音/视频解码输出,这样双方就可以同时看到和听到对方的信息。5)人性化的UI设计,方便用户进行操作。

3 系统测试与分析

3.1 测试方法

IP视频电话网络测试仪,是一种专用测试网络音视频传输及其质量的仪器,可对网络传输服务质量、语音质量量化评估、视频质量量化评估等做出客观评价,供工程师进行分析。

图4为视频电话的测试连接图,主要由呼叫发生器、可打IP视频电话的电视机和视频电话网络测试仪组成。呼叫发生器主要是有规律的产生复合音调信号和输送标准的测试视频流,可以确保其作为测试信号可靠地通过IP视频电话的音视频编码器。IP视频电话网络测试仪主要是检测瞬间的时序变化、对超过5 ms的丢包进行计数、延时测量、语音质量和视频质量进行量化评估等。

3.2 测试数据分析

由于音视频编解码器性能和网络设备性能变化,导致网络线路出现拥挤,音视频流发生抖动,造成大量IP数据包延迟,或出现丢包、失包的情况,最后会造成终端缓冲器资源耗尽,产生解码器没有内容可解的时段,从而使图像出现马赛克或停顿,同时也会引起语音会话的空白,语音的变形和会话的中断。测试结果如表1所示。

从表1数据可知,无论环境好坏,延迟时间、抖动时间、丢包率、丢失率、感知语音质量评价(PESQ)和感知视觉质量评价(PEVQ)的值都在参考值范围内,是符合要求的。因此,本设计在功能、性能和质量上均满足要求。

摘要：提出了一种在电视机平台上添加视频电话模块,成为可拨打IP视频电话的电视机解决方案。该方案的电视主平台采用的是Trident WX68平台,视频电话模块采用的是TI公司的TMS320DM6446芯片平台,并通过测试证明该设计的可行性。

IP电话网络 篇6

有消息称, 从2014年4月开始, 日本的消费税将由5%上升到8%, 到2015年10月, 消费税将提高至10%。为应对消费税上调, 各行各业都制定了相应对策, 企业产品涨价与家庭紧缩开支相继出现。在此环境下, NTT东西日本公司也对市内电话进行了20年来的第一次大幅提价, 由10日元/60秒调整至10日元/57.5秒, 少了2.5秒。对NTT东西日本公司来说, 这是如履薄冰的决定, 因为NTT东西日本公司的市内电话用户数正在日益减少, 而这一决定不可避免地会进一步促使用户数下降, 并推动IP电话的发展, 但这又是个无奈的决定。

消费税上涨刺激IP电话应用发展

这几年日本的智能手机普及很快, 日本时事通信于2013年12月在全国进行的民调显示, 使用智能手机的人数已达到43.7%, 用户普遍反应资费过高, 负担太重, 而现在各移动公司的LTE月租费计划中, 不提供免费通话时间。在这种形势下, 免费或低资费的智能手机应用程序就应运而生。

为应对消费税增税, 日本家庭通常采取的措施就是尽量减少家庭开支。在最近几年伴随着智能手机的普及, 用户也感到在这上面花费太多。现在如果使用IP电话通话应用程序的话, 就可节省家庭开支。目前, 日本智能手机市场上的应用程序很多, 特别是日本的消费税上涨进一步刺激了免费或低资费的智能手机IP电话应用程序发展, 这些电话应用程序因可节约家庭支出而获得民众好评。

智能手机的数据通信费, 主要是依据所选择的通信速率不同而定, 其中通话费是与其打包的, 如果节约了通话费, 也就省去一部分开支。

如使用NTT提供的“050 plus”IP电话通话应用程序, 拨打固定电话等费用是8.4日元/3分钟, 这比各公司的手机话费价格21日元/30秒便宜不少;并且, 050 plus用户相互间通话是免费的, 外出时用手机向家里的固定电话打电话, 或向办公室里的固定电话打电话, 使用050 plus话费节省机会就更多。除NTT通讯的IP电话应用程序外, 还有很多公司都提供以“050”开头的IP电话通话应用程序, 不过, 由不同的公司提供的IP电话应用程序, 每月基本费各不相同。

此外, Kakao Talk的应用程序也值得一提, 它原是一家韩国公司向i OS、Android、Bada OS、Black Berry、Windows Phone等操作系统的智能手机提供的应用程序, 不仅提供免费通话, 还可以共享照片、视频、语音信箱、网址等, 并具备用户间单对聊天和群聊等功能。

采用Kakao Talk和LINE等的通话软件, 以及050 plus、IP-Phone SMART和La La Call等IP电话服务, 已成为日本民众解决各移动公司智能手机话费高的普遍方法。不过, 如果使用LINE等应用程序的话, 用户就必须购买数据包, 而LTE对应的月租费是采用数据包固定费率计划, 随着数据通信量变大, 用户就有可能突破月租费计划。

固移融合催生光电话子机

除了050 plus, NTT东西日本公司近日还推出一项新业务“光电话”, 电话编号被分配为0AB~J, 这种IP电话服务与050前缀的IP电话不同, 是Vo IP电话。智能手机 (i Phone/Android) 可作为光电话的子机, 使得手机通话账单降至每月0日元, 而作为光电话的子机话费按固定电话计算, 平均话费为8.4日元/3分钟。使用此服务, 外出时智能手机也可与家里的光电话通话, 因手机在功能上通过设定就变成了光电话子机, 并具有与家里电话相同的操作感觉。由于智能手机拨打0120免费电话没有任何限制, 可以大大降低电话费 (若在日本的电话号码前加上0120、0800+6位数字专用免费电话号码, 收费就由接收端负担) 。参与这项新业务, 即使你的手机解约, 也还能用互联网进行通话, 其实这也是一种智能手机的电话应用程序。

要将机智能手机当作光电话子机, 在NTT服务范围内是容易办到的, 从外出目的地通过VPN服务器构建技术, 就可使用光电话服务, 即是在万人同时利用的情况下也没有问题, 因为在网络发达的今天, 这是很容易做到的, VPN服务器构筑的虚拟专线网可确保安全接入到互联网。

同时, 光电话是采用光纤作传输媒体的IP电话服务, 它和普通固定电话使用同样的方式, 但由于光电话是用户光纤服务的附加服务, 每月收525日元是附加费部分, 而普通固定电话的月租金为是1680日元, 这意味着就打电话来说它比固定电话更便宜。可见NTT这项新业务, 将是固定电话网与移动电话网融合的新亮点。

IP电话网络 篇7

关键词：VoIP,H.323协议服务架构,SIP协议服务架构,补充协议服务架构技术

IP电话是利用IP网来传输具有较好质量的语音业务。其称为Vo IP(voice over internet protocol),即语音信号由IP网络传播技术来传输,IP电话是PSTN电话和IP网结合的产物。大家知道计算机网络所使用的是分组交换技术,它传输的数据单元全部由数据部分和控制部分经过封装,最后成为独立数据包,定义为分组(Packet),所以我们可以理解为IP电话同样使用分组技术来传输语音业务。用分组网络传输语音分为三种方式:ATM语音技术传输方式、帧中继语音技术传输方式和IP语音技术传输方式,其中IP语音技术传输方式应用得最广。实现IP电话关键技术有:一、语音处理;二、IP语音通信协议、3、安全技术;四、服务质量保障。现有IP电话技术分为两种不同的设计方法 ,一种以H.323协议服务架构为基础,另外一种以S I P协议服务架构为基础。

1 H.323 协议架构

H.323协议由ITU-T组织拟定,该协议提供任何数据包网络视听交流会话。例如:IP电话信号和控制、多媒体传输和控制,点对点和多点会议和带宽控制。大量的语音和视频会议设备制造商,使用各种互联网实时应用程序,如GNU Gatekeeper计划、网络会议等全球的服务提供商和企业都是通过互联网协议(IP)语音和视频服务网络来实现的。H.323是ITU-T的H.32 x的一部分。这一系列的协议,也解决多媒体通信综合业务数字网(ISDN)及公共交换电话网络(PSTN)或信号系统7(SS7)和3G移动网络的问题。

虽然H.323协议专门为多媒体通信技术定义的,但是现在最主要用在IP网络电话系统。H.323协议适用范围包括:数据、视频和语音及其融合多媒体通信。其中,其支持语音通信的必备功能,而视频和数据通信是可选功能。H.323适用的IP网络是基于分组网络(PBN—PACKET-BASEDNETWORK) 的 , 其包括(WAN、INTRNET、LAN等)。如果H.323协议并不能给PBN提供保障服务质量Qo S,即,怎样确保实时通信的Qo S需采用其他的网络技术。H.323协议架构技术主要在PNB上来实现其多媒体通信的定义和一般的控制过程。H.323还需要其他协议的相府配合才能完成通信的各种要求。其中包含媒体控制协议和呼叫控制协议、音 / 视频编码协议等,这一系列协议规定了详细的控制过程和技术内容,一起和H.323协议组成了多媒体通信的技术标准。H.323呼叫信号是基于Q.931协议并且适用于传输电话网络使用的IP,PSTN、ISDN、QSIG和ISDN。调用模型,类似于ISDN呼叫模型,现有的网络基于ISDN PBX系统使IP电话的引入简化了很多。包括过渡到基于IP的私人分支交易所(兼有) 。

1.1 H.323 协议栈结构

H.323协议由一系列协议组成,它是一个框架性协议。H.323协议栈的结构如图1所示。图中的H.255.0为呼叫信令协议,H.245为媒体控制协议,在TCP支持下,这两个协议才能正常工作。注册、许可和状态协议RAS,它在终端、网关与网守中传输接入认证信息、端点定位信息和地址翻译等消息。RAS在UDP支持下工作[5]。

1.2 基于 H.323 协议架构的 IP 电话系统

在目前的IP电话系统中,H.323协议架构是运用的最为广泛的,我国几大运营商的IP电话服务主要采用H.323协议架构。如图2所示:

由图可知基于H.323协议架构的IP电话架构包括本地网络和骨干网络。IP电话骨干网组成部分有:IP电话的网关、网管系统、IP电话网管理层、IP网和PSTN接入PLMN接入ISDN接入。其中网关设备的主要功能有:(1)接入认证与授权技术;(2)呼叫处理与控制;(3)语音处理功能;(4)接口功能;(5)计费功能等。网络管理中心分别由配置管理技术、故障管理技术、安全管理技术和性能管理技术等功能组成。

2 SIP 协议服务架构

SIP协议是IETF制定并发布的标准:旗下有SIP工作组和SIPPING工作组,并以SIP协议为基础制定的IP多媒体系统标准[6]。应用层控制协议SIP,可以控制多媒体会话,如建立、修改和结束会话。这些多媒体会话包括:多媒体会议、远程教育、网络电话等。SIP同时可以邀请用户和邀请机器,如多媒体存储服务等。SIP是一种既可以邀请多方进行多点传播,同时又能单点传播的会话;发起方可以是参与用户和媒体,可以不是会话成员,都可以参与其进行的会话里。SIP协议启动会话和通过其他方式邀请其他的成员加入会话是同样的。会话推荐采用多点传播协议,比如SAP、目录服务、新闻组,Email、网页等。同时SIP支持映象名称和重定位服务,兼容综合业务数字网的服务(ISDN)。基于SIP协议架构的IP电话系统使用的协议栈结构如图3所示:

2.1 基于 SIP 协议架构的 IP 电话的 C/S 网络结构

对于SIP协议架构的应用中,每个会话内容可以为不同种类的数据,既可以是数值化音频,也可以是文本数据,应用起来更加灵活。如图4所示。

3 比较 H.323 协议架构和 SIP 协议架构

两者开始都是应用层协议架构,专门为多媒体通信设计。并且在IP电话中都得到了很好的以应用,但是其设计方式不一样。H.323较由早ITU-T推出,与传统电话网互通且较为成熟。IP电话由IETF提出(其中一部分),其协议架构还在不断地完善和发展,它既考虑到传统电话网,也考虑到互联网的安全问题。

H.323协议架构和SIP协议架构的差异主要有两方面:(1)信令协议方面的差异。H.323协议架构基于ASN.1和压缩编码规则的二进制方法、使用SDL描述的语义图、消息长度较短,语法分析比较复杂,完成过程分别由H255.0呼叫控制信令和H.245媒体控制信令完成解析比较繁琐,建立时间长;然而SIP协议架构的会话启动协议SIP协议传送,媒体描述由会话描述协议SDP定义,与Internet相似,解析容易处理,请求、协商一起进行、基于文本协议,消息长、建立会话时间短。(2)网络结构方面的差异。H.323协议架构的网络结构,网元均为对实体,对等控制协议来完成呼叫的建立和释放任务、逻辑信道的打开和关闭;而SIP协议架构的网络架构,客户机 / 服务器(C/S)结构完成各种功能的实体定义为服务器用户代理客户(UAC)和用户代理服务器(UAS)完成呼叫,与PSTN互通的网关相当于一个端系统。

4 结束语

本文介绍了Vo IP的两个技术标准H.323协议和SIP协议,并对其IP电话结构进行了分析,关注他们的服务架构来开发和部署服务。虽然这两个协议都可以应用于IP电话系统,但他们最初的重点是非常不同的。SIP设计作为一个通用的事务的会话,初始化协议不绑定到任何特定的音频或视频等媒体,而H.323的焦点用来处理语音和多媒体通话,包括补充服务。

关于呼叫控制,特别是辅助服务的标准化,关于补充的标准化服务SIP仍然显示了一些缺点,即这种标准化的重要性与传统电话系统的互操作性。与此同时,IETF已经确定需要在关于SIP等语音相关需求和服务范围内与H.323互相配合使用,SIP与PSTN之间互相配合以完成网络通信过程,。所以SIP扩展为和H.323目前的功能保持一致并不断发展。比较功能实现的服务架构和由此产生的后果,H.323基于QSIG支持面向对象的描述方法,分离了基本呼叫控制辅助服务。总之,H.323协议架构比SIP协议架构提供了更好的功能服务、实时互操作性以及PSTN和PBX之间互相配合的辅助服务功能。