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1、VOIP培训资料之基础知识和技术演进篇 作者： 日期：8 个人收集整理，勿做商业用途1.IP电话的概念 IP电话通常被称作Internet电话或网络电话，顾名思义，就是通过Internet打 电话。从广义上说，它应被称为Internet电信，因为它包括语音、传真、视频传输等多种电信业务。 2. IP电话的基本原理 IP电话的话音是利用基于路由器分组交换的IP（InternetIntranet）数据 网进行传输。由于Internet中采用“存储一转发”的方式传递数据包，并不独占电 路，并且对语音信号进行了很大的压缩处理，因此IP电话占用带宽仅为8kbitS 10kbitS，再加上分组交换的计费方
2、式与距离的远近无关，自然大大节省了长途 通信费用。 Internet是由众多各种不同的计算机网络互联组成的，遍布世界各地。Inte rnet的出现和普及极大地改变了人们的交流和通信方式。Internet使用标准的TCP IP协议来实现各计算机之间的相互通信和数据交换。 TCPIP协议则负责将要传 输的IP数据分组排队发送到网络上。每个分组均包含地址及数据重组信息，以确保 数据安全和数据分组交换正确无误。 IP Telephony就是以Internet作为主要传输 介质进行语音传送的。首先，语音信号通过公用电话网络被传输到IPTelephony网 关；然后网关再将话音信号转换压缩成数字信号传递进
3、入Internet；而这些数字信 号通过遍及全球而成本低廉的网络将信号传递到对方所在地的网关，再由这个网关 将数字信号还原成为模拟信号，输入到当地的公共电话网络，最终将语音信号传给 收话人。 3. IP电话系统的关键设备-网关 设在各地的网关由一个独一的IP地址表示，它是架通两种通信传输方式的一座 桥梁，是Internet上的交换局”，以实现远程电话间的互联和通信，。 在一边，网关连接传统的电路交换网（Circuitswitched Network）如公共 交换电话网（PSTN），可和外部的任意一部电话通信。在另一边，网关连接分组交换网（PacketSwitched Network）如Inte
4、rnet、Intranet等，可和接入网络的任 意一台计算机通信。在整个Internet Phone系统中，网关分布在世界各地，处理当 地的PSTN网与Internet的接入和转换理。 网关接收标准电话信号，经数字化与大幅度地压缩后，使用IP协议进行分组送 到Internet，找出传输路由，通过Internet发往目的地。反之，接收Internet传输 过来的数据分组，并转往电话网络系统。接入和转出电话网络系统可同时进行，实 现全双工（双向）通话。 例如在北京拨打一个到旧金山的长途电话，在北京，一个普通的公共电话通过 PSTN接入本地网关，本地网关对数据进行特定的压缩算法处理，组织成包含主、被
5、叫号码、时间、通话信息等数据的IP分组，并分析被叫号码，根据路由表，把它映 射成为一个IP地址，通过路由选择，发往该IP地址（如旧金山）对应的远端网关。 而在被叫方旧金山，远端网关接收北京本地网关传输过来的IP数据分组，进行相反过程的解压缩，再发往其本地端的PSTN网。这样，就实现了两地的实时通信。而其 所包含的通信费用仅为北京本地普通电话费+Internet通信费+旧金山本地电话费。 由于Internet的通信费是较低的，所以长途电话费用大大下降。 4. IP电话话音质量 话音质量基本取决于两个因素：一是上网通信线路的速度;二是Internet本身 是否繁忙。IP电话话音质量与普通电话话音质
6、量相比主要有两个方面的差别： 一、是话音滞后，二、有时略有失真现象。凡是使用过IP电话的人，普遍认为话音质量 比想象的好，一般来讲介于普通电话与移动电话之间。为了提高话音质量，最直 接的方法是扩大Internet的接入速率，使用良好的Internet接入线路。 5. IP电话系统中的几个关键技术和标准(1) * IP电话的基本标准 Internet电话的标准采用ITUT H.323标准。H.323是ITU的多媒体通信协议 系列H.32x中的一个。H.323提供了基于IP网络（包括Internet）的传送声音、视频和数据的基本标准，它是一个框架协议，与之相关的传输、控制及声音、视频 压缩等标准见
7、下表（表中还包含了多媒体在其余网络（ISDN、PSTN）中的系列协议）。 H.323定义了网络传输中的四种基本的构成单元：终端、网关、关守和多点控 制器（MCU）。 * 网络协议标准 一般说来，Internet电话的呼叫建立和控制大多建立在TCP基础上，而音频 流的传送则建立在UDP基础上，为保证传送的实时性，IETF增加了几个重要的协 议： 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RSV
8、P， 传统的无QoS（Quality of Service）保证的IP网络获得了QoS保证。要能够使用 RSVP，H.323的终端、网关、MCU等必须支持， IP网络上的路由器等也必须支持， RSVP在RFC2205RF C2209中定义。 RTPRTCP（ RealTime ProtocolReal-Time ControlProtocol）：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。 RTCP则是控制和监视RTP及其Qos的协议。H.323是建立RTP基础上的。R
9、TPRCt 协议见RFC1889和C1890。 6. IP电话系统中的几个关键技术和标准 (2) * 语音编码标准 H.323中定义了多种话音的传送，IETF成立了AVT（ AudioVideo Trans port）工作组用以进行话音传送的研究。目前，Internet电话中常用的语音编码 比特流速率如下： G.711 64Kbit/s, G722 4864kbit/s， G.728 16kbit/s, G.723和G.723.1 5.3kbitS或6.3kbitS， G.729和G.729A8或13kbits。 在通话双方不说话时不传送话音数据能有效地节约带宽， 但为防止静音压缩时通话听起来
10、时断时续的感觉，建议在静音过程中加上背景噪声，IMTC的VoIP论坛提出了可变参数的背景噪声传递方法。 *控制模块 H.323的系统控制包括：H.245控制、Q.931呼叫信号控制和RAS控制。 H.245控制信道是一个可信通道，用来承载控制信息用以对H.323实体的操作。 这些控制包括：性能交换、打开或关闭逻辑通道、优先级请求、流程控制信息以 及基本的命令的指示等。 呼叫信号通道利用Q.931在两个终端间建立连接。 RAS信号通道完成注册、访问权限、带宽改变及状态更新等。RAS信号通道一般 在终端和关守间建立，如果关守不存在，那么就没有了RAS通道。 IP电话技术的演进 IP电话以其经济、高
11、效率和超时代的技术发展等特点，自1995年以来得到了迅猛发展，目前已成为数据语音通信中最有竞争力的技术之一。全球许多国家开通了I P电话的运营业务，我国的IP电话试运营工作也已经半年有余，IP技术正呈现出蓬勃的生命力，必定推动信息产业的进一步发展，IP电话的发展，历经了两个初级阶段，目前正在高速地向第三个阶段演进 统一融合。 1 技术积累阶段 在技术积累阶段， CTI领域的专家提出语音传输的分组设想：所有的分组语音系统都遵循一种通用的模式，分组语音传输网络可以采用IP、帧中继或ATM。在这些网络的边缘设置称为 “语音代理”的设备或部件，其任务是将语音信息从传统的语音格式转换为适用于分组传输的格
12、式，然后通过上述网络将分组数据发送到目的地的语音代理设备上。 语音代理连接模式在分组语音网络传输系统中需要解决两个问题，才能使分组语音服务满足用户的需要。首先是语音编码的转换，即如何将语音信息转换为数字信号；另一个问题是信令转换，它主要是鉴别呼叫方所呼叫的对象，以及呼叫方在网络中的位置。 人类的语言都是以模拟信号形式表示的，早期的电话模拟信号可以描述为平滑的“正弦波”，虽然模拟通信技术已相当发达，但是传输的效率不高，当传输衰减导致模拟信号变弱时，要将复杂的模拟语音信息和传输噪声区分开来是很困难的。 数字信号只有“1”和“0”两种状态，易于同噪声区分开，而且不易发生畸变。因此，全球的通信系统已转
13、换为数字传输格式，称为脉冲编码调制（PCM），PCM将模拟语音转换为数字格式。标准电话PCM使用8位代码和8000秒采样频率，所以每一路电话占用64kbs信道带宽，另一种称为自适应微分P CM（ADPCM）的电话语音标准将语音转换为4位代码，因此仅占用32kbs， ADPCM通常用于长途线路。 正是基于这样的技术，人们研制成功了第一代IP电话设备，利用计算机上的声卡语音采集原理，将64kbs的模拟语音转换为ADPCM数字信号，在I nternet上实现计算机到计算机的初级 IP电话功能。这种系统由于主要是利用计算机来完成语音的压缩和控制，所以，一般只能实现一路话音的实时通信。例如，在PII23
14、3的计算机系统上最多只能完成4 个话路的语音通信。在这灰系统中，比较实用的IP电话系统有很多，如Vocaltec的IPhone、Microsoft的Netmeeting系统等。第一代IP系统的研制成功，激起了人们对I P电话系统的极大兴趣，从而，推动了IP电话技术的应用研究，人们希望像一般电话系统一样来使用IP电话系统。 2 实用阶段 IP电话的第二个发展阶段是在第一个阶段的基础上的飞跃，它不但可以实现像PSTN系统一样使用IP电话系统进行通信，而且也可以实现大话务量的呼叫。利用目前的P STN交换系统，进行IP电话的通信的阶段称为“实用阶段”。实用阶段的IP电话主要是一个网络接入设备，它完成
15、数据网络传输和PSTN的转接功能。一个实用的I P电话接入终端系统（我们称之为Gateway），一般包括五个部分： 建立和控制电话的接续、通话和拆线工作 语音压缩和数据编码处理 数据网络传输和控制： 系统维护部分 用户信息管理 这类系统仍是组建在计算机系统上的，但它不是终端用户设备。所以，对一般用户来说，只需要一个电话机，即可实现IP通信。下面我们来研究各部分的功能及实现方法。 2.1 建立和控制电话的接续、通话和拆线 建立和控制电话的接续、通话和拆线是IP电话系统和PSTN的信息交换界面，也是目前的一般电话系统向InternetIntranet转换的出入网关。这部分的工作主要是通过对电话卡（例如 E1卡）的编程控制来实现。 由于E1卡可以接受PSTN信息，并去掉有关的信令，录制成为纯数字语音信号，所以，信令的转换工作基本上由E1卡来完成。但在一个完整的I P电话
