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语音压缩及IP网上话音技术
2006年8月10日 9:46  来源:慧聪网通信行业频道

    在利用IP网络或租用专线实现语音交换机的全透明组网方案中,除了采用最先进的信令系统外,在交换系统中集成内置的语音压缩平台及其IP网上话音。 

  ?VoIP技术和网关技术是实现高质量语音通信的关键所在。内置语音压缩技术为节点间的相互连接提供了一套新的解决方案,并且可以减少企业专网的通信费用。语音压缩方案可以在不改变现有的网络构造条件下,增加交换节点间的话务通过能力。 语音压缩能用于租用线就象语音和数据多路复用器?。通过一条64kbit/s租用线连接两个语音交换节点,64kbit/s带宽其间可传输多个语音通道和1个专网信令数据通道。 

   在最先进的组网方案中,可以无需永久专网信令通道而实现行真正具有压缩功能的VPN方案,专网信令可在B信道传送,而这B信道仅在两节点间有话务时按需建立,即按需建立专网网络,提供全部专网业务。 语音压缩的另一个应用是可降低两个高话务量公司间的通信费用。这一功能又称为第二呼叫免费业务。这免费的第二呼叫也是按需建立的。凭借内置语音压缩平台及语音网关,语音交换节点可以在IP网上传送语音VoIP?。 

   一、语音压缩平台技术 

    目前先进的语音交换机中内置的语音压缩平台是由系统内的链路优化功能模块实现的。具体选择哪种功能板是由交换节点之间如何连接组网决定的。交换节点之间的连接可以是租用线,ISDN交换网络,帧中继及IP网络等。 所谓压缩平台实际上是一个语音、数据的多路复用器。在一个复用器上总是涉及三项内容:语音接入;专网信令及数据;通过广域网络(也称混合通道)组网。 

   1.语音接入部分 先进的内置语音压缩平台使用的压缩算法为G723.1,压缩率约为6.4 kbit/s,这也是低速VoIP的默认压缩标准,微软公司的通信应用软件网络会议?netmeeting?也采用该标准。 

   G723.1的质量由M.O.S?平均评判得分?量定。5表示质量最好,G711?64k?语音被量定为4.2,G723.1算法被量定约为3.9,8kbit/s时的G729也为3.9,GSM为3.5。因为压缩会引起延时,故内置回声消除技术。第三类传真支持的最大速率为9600bit/s,传真将被解调和再调制以避免使用广域网的64kbit/s带宽。Modem呼叫不经过压缩设备。MFQ23代码的翻译,编码及重建也在另一端完成。这样就避免了信号的失真?Q23接受器非常敏感?。遗失帧的修补功能可避免语音帧的丢失。该功能在帧中继网中非常有用,帧中继网会在网络饱和情况下丢弃帧。语音检测,静音压制及静音再生仅在发生时发送,这就意味着带宽为动态分布,50%的时间被节约下来,可重新分配给其他话务如数据。为了损失尽量少的语音,即使语音是在几个交换节点间传送,也仅仅是执行一次压缩和解压缩。 

   2.数据部分 对语音压缩平台来说数据支持是非常重要的,这样专网信令可在节点间交换。同时低速率HDLC数据也被支持。专网信令事实上也是HDLC数据,其不仅包括呼叫处理信号,同时包括对话务的管理,路由选择,监视等信息。先进的语音压缩平台采用动态带宽管理,如果没有语音信号,则带宽被用作传送专网信令和数据。 

   3.广域网(WAN)部分 WAN的连接可以是租用线,ISDN通道,帧中继永久虚拟电路或IP网络。在WAN网传送之前,语音及数据被复用。有两种复用和管理WAN带宽的方法:时分复用、帧/信元或包。 

   TDM方式为每个通道预定一个固定的带宽。其优点为延时及延时抖动很小。但缺点是浪费带宽,这对于使用低速接入?64Kbit/s? 128Kbit/s?时是不能接受的,因为当通道未被使用或没有语音话务,带宽不能被其他话务如数据使用。在交换节点的内置语音压缩平台,使用帧模式。这意着带宽的分配是动态的。当有一个或更多的语音通道没有建立或处于通话的间隙阶段,带宽可被专网信令或数据所用。这意味着例如在夜间,没有语音话务,计费话单可以使用绝大多数的带宽传送。 

    帧模式复用带来的问题是延时和如何管理话务的优先级,为了克服这些问题,先进的交换节点可采取以下措施: 数据帧分割,用户的数据帧可能很长,当有一个很长的帧发送时,为避免长的延时,该长帧被分割成小段;帧被有规律的以最小延时及延时变化方式发送;语音优先,帧内首先安排语音信息送入WAN,带宽内剩余部分发送专网信令和用户数据。 网络中的时延:两个节点端到端的音呼叫时延为40~90 ms,每次传送增加10~40ms。 

    4.链路优化语音压缩功能模块 以阿尔卡特OmniPCX 4400综合业务宽带多媒体交换平台为例,语音压缩平台的实现由LIOx系列模块实现:LIOP, LIOB, LIOX。每板都有6个语音压缩模块,每个模块动态处理一个语音或传真。不同之处在于外部接口:LIOP带有一个PRA接口,LIOB带有一个串行口及4个BRA网络接口,LIOX没有外部接口。 LIOP耦合板。LIOP是2合1板,LIOX加PRA板。PRA接口可连接至公共ISDN网。专网话务?按需建立通道?和公网话务采用相同接口。PRA也可连接至G703/G704的部分速率E1租用线。适用于两地间高话务量要求。 

   LIOB耦合板。LIOB是LIOX加4个BRA网络接口加1个串行接口。LIOB可适用于新系统或已安装的基于串行口要求的系统。LIOB板上的串行口可以是X24/V11或V36。可以连接小容量的租用线?64bit/s,128kbit/s?或帧中继网络;LIOB的串行接口不能被用作连接终端。该接口连接至网络。并且在串口上的压缩只能是使用LIOB,而不可以是LIOX加同步终端适配器;BRA可连接至ISDN网上的T0接口。该接口可用作传送专用和公用话务;BRA接口不能连接S0分机或S0 PC板,BRA接口只能接T0,不能接S0。 LIOX耦合板。LIOX板没有外部接口,LIOX可以用作LIOP或LIOB板的扩展板?用户不要更多的外部接口,只需要附加的语音压缩资源?;LIOX可以安装在已装有PRA或BRA板的OmniPCX 4400系统上。在语音压缩资源的集中,语音压缩资源在一节点内集中,可被各个方向共享。优点为:安全,某些压缩资源发生故障不会影响全局;在中心节点压缩资源的需要量大于远端节点的需要量。损失率应该非常低。 

   二、在租用线上 

    使用内置语音压缩技术 内置语音压缩可使用在租用专线上。这可使用户减小实际租用线的带宽,从而达到节省通信费用的目的。阿尔卡特OmniPCX 4400可以通过各种不同的接口连接:可以是X24/V11或V36或G703/G704?E1?。 

   1.内置语音压缩平台以租用线连接。 串口连接Serial link leased line;OmniPCX 4400可通过串口连接网络;物理接口为X24/V11或V36。需使用LIOB板;接口速率为64kbit/s或128kbit/s;一个64kbit/s接口可支持最多6个语音通道和专网信令;一个128kbit/s接口可支持最多12个语音通道和专网信令;如果需更多语音通道,需使用G703/G7 04租用线。 G703/G704 E1租用线。如所需的语音通道超过12,可使用部分速率租用线;物理接口为PRA。可使用LIOP板;使用256kbit/s E1租用线可实现最多24个语音通道和专网信令。 2.针对租用线饱和溢出时的处理。 

   如果2节点间所有的语音通道都忙?如64kbit/s租用线上6个通道?,第七个呼叫溢出至公网,由于使用专网VPN,用户得到的仍是专网层的业务。 

   3.多方向租用线的语音压缩通信 使用租用线构造了一个星形网,租用线点对点形式,一般情况下有多少远端节点就需要在中心配置多少接口:如10个以64kbit/s租用线连接的节点,在中心节点需配置10个串口链路,需加上大量硬件。一些运营商可提供多方向租用线:这意味着在中心节点的租用线为多方向的G703/G704 E1 接口。在E1中有些B通道指定去向方向A,有些去向方向B。远端可以E1或64kbit/s串联链路连接?依据运营商?。 

    4.语音及数据集成通信 下游的OmniPCX 4400连接至TDM复用器,替代通常在复用器上进行的语音压缩功能。在OmniPCX 4400内部本身可以合成内部语音压缩,在TDM复用器上只需简单集成语音及数据流?可采用Newbridge复用器?。 

   如果用户不认可由复用器提供语音压缩,他可使用OmniPCX 4400完成内置的语音压缩,这样仍保留TDM复用器完成复用。LIOB板的串联输出可连接至复用器的同步串联链路输入端。由LAN网来的数据被一起复用,复用器接在OmniPCX 4400后端。若在OmniPCX 4400前端连接高速数据?2Mbit/s?。可以使用N?64功能模块板连接路由器,提供E1或部分速率E1可使带宽最大为2Mbit/s。租用线带宽在TDM模式下可由语音加专网信令和数据一起共享:B通道一些给语音,一些给数据。 OmniPCX 4400的内置语音压缩将减少语音通信的带宽。节约下来的带宽可被数据传送使用,以便为数据用户提供更好的服务。 

    在上游的OmniPCX 4400连接低速数据?最大64kbit/s?。内置语音压缩平台是语音数据复用器,它处理特殊数据专网信令。它还可以复用低速HDLC数据流,如连接一个小的分局路由器到总部的大路由器。使用64K租用线最极端情况,具有6个语音通道,专网信令和数据可使用64-6×7=22kbit/s。但由于可对带宽实现动态分配和静声抑制,当6个通道忙时,数据可使用64-6×3?5=36kbit/s。在夜间没有语音通信的情况下,整个64K可被数据传输使用。数据设备必须连接至同步64kbit/s终端适配器。数据交换必须是HDLC,如果从路由器来的数据流量为PPP或是帧中继,数据流量必须遵从HDLC规范,OmniPCX 4400对HDLC规范透明。语音的优先级高于专网信令和HDLC数据。而专网信令又高于HDLC数据。注:当租用线为128K并提供串联链路连接,需使用TDM复用器。其中64K用作数据,64K用作压缩语音。 

   该种语音数据集成模式仅工作在租用线。当WAN的链路是ISDN或帧中继时,就不可能集成语音和数据。对于用ISDN组网方式,路由器间的数据链路永久连接与按需建立专网网络不相容。 对于采用帧中继组网方式,OmniPCX 4400不是FRAD,因此OmniPCX 4400不能复用不同的FR数据流,数据被集成在OmniPCX 4400之外。 

   三、基于IP网络的语音压缩技术及其VoIP

    所谓IP电话,就是在IP网上通过TCP/IP协议实时传送语音信息的应用。IP电话发展迅速、受到人们关注的主要原因是IP电话能大量节省打长途电话的费用,尤其是打国际长途电话时更为显著。IP电话可以比普通的长途电话节省很多费用是因为普通的长途电话是通过电话网传送的,而IP电话是利用因特网传送的。 电话网和因特网的传送有很大的区别。电话网是采用电路交换方式,即电话通信的电路一旦接通后,电话用户就占用了一个信道,无论用户是否在讲话,只要用户不挂断,信道就一直被占用着。一般情况下,通话双方总是一方在讲话、另一方在听,听的一方没有讲话也占用着信道,而且讲话过程中也总会有停顿的时间。因此用电路交换方式时线路利用率很低,至少有50%以上的时间被浪费掉。而因特网的信息传送是采用分组交换方式,所谓分组交换,是把数字化的信息,按一定的长?quot;分组"、打"包",每个"包"加上地址标识和控制信息,在网络中以"存储-转发"的方式传送,即遇到电路有空就传送,并不占用固定的电路或信道,因此被称为是"无连接"的方式。这种方式可以在一个信道上提供多条信息通路,此外在因特网上传送信息通常还采用数据压缩技术,被压缩的语音信息分组在到达目的地后再复原、合成为原来的语音信号送到接收端的用户。因此,利用因特网传送语音信息要比电话网传送语音的线路利用率提高许多倍,这也是电话费用大大降低的重要原因。 

    VoIP是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术,其基本原理是:通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理,然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包,经过IP网络把数据包传输到接收地,再把这些语音数据包串起来,经过解码解压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由IP网络传送语音的目的。 

   IP电话系统把普通电话的模拟信号转换成计算机可联入因特网传送的IP数据包,同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号。 

   要使企业语音交换机上的普通电话机或企业局域网IP电话机利用IP网进行通话或实现交换机组网,网关及语音压缩技术尤为重要。所谓网关,是一个H.323标准实体,它能够提供在不保证质量的网络上的H.323终端之间实现实时双向通信,网关起到连接IP网络与PSTN/ISDN网络的关闸作用。它将来自语音交换机的话音信号经数字化和压缩处理后转化成IP网络上传送的IP包,并将它送到IP网上,在对端的网关上又将这些IP包还原成话音信号并传送到语音网上。 
   话音网关是把因特网(或IP专网)和电话网这两种不同特性的网络互联起来的设备,它的作用就好比是IP网和电话网之间的桥梁。任务是解决电话呼叫接续过程在这两种网络之间的各种转换问题,包括把用户拨号的电话号码转换成IP地址,把模拟话音信号转换为数据信号,把数据信号分段打包成为分组,选择路由发送分组,以及在接收时把发来的话音分组按次序合并、解码恢复成原来的模拟信号等工作,因此网关设备需要具备话音信号处理、信令转换、呼应答、选择路由等多种功能,它是因特网电话技术中的主要设备。 

    VoIP所涉及的技术包括信令技术、编码技术、传输技术、服务质量(QoS)控制等。下图以阿尔卡特OmniPCX 4400为例,内置一体化的语音压缩和H323语音网关,同时完成来自语音交换网络的语音信号的压缩和分组工作。在这基础上,跨越IP网络的各语音交换节点,可组成全透明的综合业务企业通信专网,从而实现了高质量的IP网上话音(VoIP)业务。 其中作为语音压缩和分组的一体化平台INT-IP的功能特 点: 1.实现语音压缩功能,一个模块可提供60个语音压缩信道(G.723.1或G.729A或G.711),A律或μ律; 2.实现H323网关?gateway?功能?相当于"IP中继线"?,通过广域网互连OmniPCX 4400节点;使普通电话机能与 H323 终端对话; 3.作为局域网上IP电话机接入语音系统的通信接口,完成语音信号与IP数据包之间的转换工作。 

 
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