【安防知識網(wǎng)】IP網(wǎng)絡(luò)電話泛指在以IP(Internet Protocol)為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò)中進行話音通訊的系統(tǒng)，它采用的技術(shù)統(tǒng)稱為VoIP(Voice over IP)，即IP上傳送話音。由于計算機網(wǎng)絡(luò)采用的都是分組交換技術(shù)，其傳送的數(shù)據(jù)單元都是由控制部分和數(shù)據(jù)部分封裝而成的獨立數(shù)據(jù)包，通常稱之為“分組”，因此，從更一般的意義上來說，VoIP屬于分組話音通信的范疇。

　　而從技術(shù)上說，IP網(wǎng)絡(luò)電話則是以IP為標(biāo)志的網(wǎng)絡(luò)分組化和以多媒體為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)綜合化兩大主流技術(shù)融合的結(jié)果。隨著分組通信技術(shù)、綜合業(yè)務(wù)通信技術(shù)，以及IP通信技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是90年代以來以TCP/IP為核心協(xié)議的因特網(wǎng)(Internet)在全球范圍內(nèi)超乎尋常的大發(fā)展，使得以IP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成倍增長，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成倍增長又導(dǎo)致IP網(wǎng)絡(luò)的大力擴建，增加其帶寬，有效提高了Internet傳送質(zhì)量;反過來，它又促進了Internet業(yè)務(wù)的發(fā)展和用戶數(shù)的增長。

　　Internet已從單純的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進入包括聲音和圖像在內(nèi)的多媒體通信領(lǐng)域，傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)壁壘分明的界線已經(jīng)被打破。Internet進入電信服務(wù)的第一步，自然就是用戶面最為廣泛的基于IP的分組話音通信，即IP網(wǎng)絡(luò)電話。

　　IP網(wǎng)絡(luò)電話關(guān)鍵技術(shù)

　　IP網(wǎng)絡(luò)電話由于具有價格低廉、可以靈活提供各種增值業(yè)務(wù)、有利于企業(yè)建立高效綜合服務(wù)內(nèi)部網(wǎng)、有利于運營商開拓新的市場及有助于和新技術(shù)的融合等的應(yīng)用優(yōu)勢，使得IP網(wǎng)絡(luò)電話能夠贏得市場的青睞。其關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個方面，即話音處理技術(shù)、IP話音通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理和安全技術(shù)、終端技術(shù)及視頻編碼技術(shù)。

　　話音處理技術(shù)是IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)的重要組成部分，IP網(wǎng)絡(luò)電話中的話音處理主要解決兩個問題。一是在保證一定話音質(zhì)量的前提下盡可能降低編碼比特率，二是在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保證一定的通話質(zhì)量。前者主要是話音編碼技術(shù)，包括靜音檢測;后者包括分組丟失補償和回波抵消技術(shù)。在話音通信中，時延指標(biāo)是主要的，時延過大會使聽話者有不連續(xù)的感覺，而時延抖動是次要的。另外，話音編碼算法需要考慮三個方面的問題：編碼比特率、話音質(zhì)量和算法復(fù)雜度。一般來說，這些指標(biāo)是有矛盾的，比特率越低，線路的利用率越高，但話音質(zhì)量會受到影響;在同樣比特率情況下，算法設(shè)計越復(fù)雜，話音質(zhì)量就會有所提高，但處理時延將增加。目前在PSTN中廣泛應(yīng)用的是PCM話音編碼，其比特率為64Kbit/s，話音采樣率是8KHz。它屬于波形編碼類型。通常，這類編碼的最低比特率為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，必須采用新的編碼原理，這就是參數(shù)編碼，又稱作聲碼器(Vocoder)技術(shù)。它是通過模擬人的發(fā)聲器官，提取模型參數(shù)來降低話音信息編碼率的。

圖 回波產(chǎn)生機理

　　目前，IP網(wǎng)絡(luò)電話最常用的是G.729和G.723話音編碼。G.729是8Kbit/s的LPAS聲碼器，線性預(yù)測采用前饋型前向自適應(yīng)技術(shù)，并使用預(yù)示提高合成模型的精度。G.723是雙速率LPA聲碼器，低速率的編碼比特率為5.3Kbit/s，高速率的編碼比特率為6.3Kbit/s，線性預(yù)測也采用前饋型前向自適應(yīng)，并使用預(yù)視。G.723主要應(yīng)用于低比特率可視電話。

　　靜音檢測又稱話音活動性檢測，它是一種靜音壓縮技術(shù)，實用的靜音壓縮技術(shù)由話音活動性檢測器和舒適噪聲生成器兩個部分組成。分組丟失補償主要以處理在傳輸過程中分組的丟失為主要目的。因為在IP網(wǎng)絡(luò)中分組的丟失是不可避免的，丟失的原因可能是線路誤碼或者網(wǎng)絡(luò)路由器故障，更常見的原因則是傳輸時延過長或網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致分組被丟棄。

　　回波抵消主要針對通話回聲的抑制，對于純IP電話系統(tǒng)來說，由于話音信號的接收和發(fā)送經(jīng)由不同的物理線路，也就是所謂的四線制，因此不存在回音的問題。如果IP網(wǎng)和PSTN互連，通信雙方至少有一方是二線制電話，涉及有混合線圈的2/4線轉(zhuǎn)換電力，就會產(chǎn)生回音(其原理如圖1所示)。理論上說，混合線圈對端間的衰耗應(yīng)為無窮大，這樣IP電話發(fā)出的話音信號只能送到PSTN電話，不會串到對端?？墒?，實際上混合線圈很難做到完全平衡，這樣一部分信號將漏到對端返回IP電話，如果傳輸時延較長，發(fā)話者就會感到明顯的回聲，嚴(yán)重干擾通話。

　　回波抵消就是通過自適應(yīng)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。這種方法雖然比較復(fù)雜，但是已有專用芯片推出，因此得到廣泛的應(yīng)用。在IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN互通的情況下，回波抵消功能一般由網(wǎng)關(guān)完成。

　　除此之外，IP話音通信協(xié)議包含有話音通信控制協(xié)議、話音信息傳送協(xié)議、會議電話控制協(xié)議及實時控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)管理和安全技術(shù)主要體現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)的安全性如鑒權(quán)、權(quán)限驗證、加密等和IP網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)必須具有的計費功能和運營商間互操作管理功能等方面。而終端技術(shù)則主要體現(xiàn)在基于以太網(wǎng)的專用IP電話機。此類話機具有許多PC機的特性，比如典型的如RJ-45接口、具有自己的IP地址、內(nèi)置多種話音壓縮編碼等等。

　　IP網(wǎng)絡(luò)可視電話的視頻編碼技術(shù)

　　IP網(wǎng)絡(luò)可視電話，即在IP網(wǎng)絡(luò)電話的基礎(chǔ)上增加了視頻傳輸功能。

　　在IP網(wǎng)絡(luò)可視電話中，視頻編碼技術(shù)是視頻處理的重要組成部分，目前最常用的視頻編碼為MPEGx及H.26x系列，筆者以H.26x系列為例進行分析。

　　H.261是最早出現(xiàn)的視頻編碼建議，目的是規(guī)范ISDN網(wǎng)上的會議電視和可視電話應(yīng)用中的視頻編碼技術(shù)。它采用的算法結(jié)合了可減少時間冗余的幀間預(yù)測和可減少空間冗余的DCT變換的混合編碼方法。和ISDN信道相匹配，其輸出碼率是p×64kbit/s。p取值較小時，只能傳清晰度不太高的圖像，適合于面對面的電視電話;p取值較大時(如 p>6)，可以傳輸清晰度較好的會議電視圖像。H.263建議的是低碼率圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上是對H.261的改進和擴充，支持碼率小于64kbit/s的應(yīng)用。但實質(zhì)上，H.263以及后來的H.263+和H.263++已發(fā)展成支持全碼率應(yīng)用的建議，從它支持眾多的圖像格式這一點就可看出，如Sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF甚至16CIF等格式。

　　H.264是ITU-T的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO/IEC的MPEG(活動圖像編碼專家組)的聯(lián)合視頻組(JVT：joint video team)開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。1998年1月份開始草案征集，1999年9月，完成第一個草案，2001年5月制定了其測試模式TML-8，2002年6月的 JVT第5次會議通過了H.264的FCD板。2003年3月正式發(fā)布。H.264和以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是DPCM加變換編碼的混合編碼模式。但它采用“回歸基本”的簡潔設(shè)計，不用眾多的選項，獲得比H.263++好得多的壓縮性能;加強了對各種信道的適應(yīng)能力，采用“網(wǎng)絡(luò)友好”的結(jié)構(gòu)和語法，有利于對誤碼和丟包的處理;應(yīng)用目標(biāo)范圍較寬，以滿足不同速率、不同解析度以及不同傳輸(存儲)場合的需求;它的基本系統(tǒng)是開放的，使用無需版權(quán)。

　　在技術(shù)上，H.264標(biāo)準(zhǔn)中有多個閃光之處，如統(tǒng)一的VLC符號編碼，高精度、多模式的位移估計，基于4×4塊的整數(shù)變換、分層的編碼語法等。這些措施使得H.264算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質(zhì)量下，能夠比H.263節(jié)約50%左右的碼率。而且，H.264的碼流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強，增加了差錯恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。