VoIP語音通信技術(shù)的研究與問題分析

王海波

【摘要】? ? 在近些年的信息高速發(fā)展背景下，使得我國各個行業(yè)都受到信息技術(shù)的影響，發(fā)生了不同程度的變革發(fā)展。在傳統(tǒng)的PSTN技術(shù)上的語音業(yè)務(wù)已經(jīng)被轉(zhuǎn)移到了IP網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。另外，在IP技術(shù)的框架下，可以很好的促進(jìn)各種技術(shù)的發(fā)展。在本文的研究中，主要基于VoIP語音通信技術(shù)的研究與相關(guān)問題進(jìn)行全面的分析與闡述。

【關(guān)鍵字】? ? VoIP語音通信技術(shù)? ? 控制信令? ? 編碼技術(shù)? ? 丟報(bào)處理

引言：

VoIP技術(shù)是一種基于IP電話為主要的增值業(yè)務(wù)技術(shù)。在該技術(shù)的使用過程中，形成的是一種分組化、數(shù)字化的傳輸技術(shù)類型。在VoIP技術(shù)的發(fā)展中，使得人們經(jīng)常會使用一些較為簡單的通話服務(wù)，因此該技術(shù)具備著較強(qiáng)的靈活性以及智能型的特征。

一、VoIP技術(shù)

VoIP技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了較長的時間，但是卻始終在通話質(zhì)量方面存在著一定的弊端問題。因此，在過去的發(fā)展中，對于這種VoIP技術(shù)始終沒有得到大面積的應(yīng)用。但是，伴隨著近些年的發(fā)展，使得互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，用戶數(shù)量在不斷加大的過程中，加上政策方面的鼓勵，同時投入方面也得到了全面的提升，這樣的發(fā)展背景下，讓VoIP技術(shù)也相應(yīng)的得到了發(fā)展和變革。

這種技術(shù)在原理方面，主要的是一種模擬聲音信號進(jìn)行數(shù)字化的轉(zhuǎn)化之后，基于數(shù)據(jù)封包的形式，在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行實(shí)時的傳遞。同時，對于VoIP技術(shù)而言，在使用的過程中，可以在全球的范圍內(nèi)，采用IP互聯(lián)的方式，形成一種十分重要的傳輸載體。因此，相比較傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)而言，具備著更高的服務(wù)能力，并讓其設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)語音、傳真、視頻、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)類型，這樣就可以很好的實(shí)現(xiàn)信息的處理。

對于傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)而言，具備著較強(qiáng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性以及安全性，因此所需要的傳輸帶寬僅僅為64kbit/s即可。在運(yùn)行的過程中，基于電路交換方式進(jìn)行語音信號的傳輸。而對于VoIP技術(shù)而言，是基于互聯(lián)網(wǎng)的方式進(jìn)行語音信號的傳輸，因此可以很好的將語音信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，之后利用壓縮、打包等一系列處理方式，最終形成語音信號，進(jìn)行高效率的傳輸。

二、VoIP的關(guān)鍵技術(shù)

在VoIP關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中，其包含著信息技術(shù)、編碼技術(shù)、實(shí)時傳輸技術(shù)、業(yè)務(wù)保證技術(shù)等諸多方面的技術(shù)類型，以此構(gòu)成一個較為完整的信息技術(shù)體系。

2.1 媒體編碼技術(shù)

在近些年的發(fā)展中，語音和圖像壓縮技術(shù)得到了全面的發(fā)展，并成功的在市場當(dāng)中研發(fā)出了高效壓縮解碼技術(shù)。例如CELP技術(shù)，就是基于基礎(chǔ)的話音壓縮編碼技術(shù)所發(fā)展起來的技術(shù)類型。在實(shí)際的使用過程中，幾乎可以完全不失真的情況下，能夠?qū)⑵洳蓸拥降男畔?shù)據(jù)，成功的進(jìn)行壓縮處理，極大的降低信息數(shù)據(jù)的體積，因此成為了IP電話的關(guān)鍵技術(shù)之一。在圖像編碼技術(shù)的發(fā)展中，研發(fā)出了活動圖像編碼與低速率活動圖像編碼技術(shù)，這兩種編碼技術(shù)運(yùn)行的過程中，基本原理都是基于IP網(wǎng)絡(luò)會議系統(tǒng)的方式。而對于分組交換網(wǎng)絡(luò)而言，則需要將話音與圖像編碼具備著一定的靈活屬性，以此可以很好的在編碼速率、編碼尺度方面具備著較強(qiáng)的可適應(yīng)性。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)話音分組傳輸技術(shù)

在目前的VoIP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要涉及到TCP與UDP這兩種技術(shù)類型，同時都是IP網(wǎng)當(dāng)中傳輸層的兩個協(xié)議內(nèi)容。在傳輸控制協(xié)議當(dāng)中，主要是對于面向連接的一種協(xié)議方式，可以有著較高的可靠性。另外，在傳輸數(shù)據(jù)包協(xié)議的過程中，由于面向協(xié)議，因此就會使得有著較高的服務(wù)型。對于可靠性較高的傳輸控制協(xié)議而言，可以在實(shí)際的交換過程中，進(jìn)行大量報(bào)文的傳輸使用，同時也能夠讓一些效率比較高的用戶，在數(shù)據(jù)包協(xié)議的過程中，可以很好的實(shí)現(xiàn)以此少量的交換，也可以保障傳輸?shù)母咝省?/p>

對于建立在UDP上的實(shí)時傳輸協(xié)議中，可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的端到端的特征。因此基本上包含著裝載數(shù)據(jù)的序列號、標(biāo)識符以及傳送監(jiān)視等類型的功能。對于這些服務(wù)特征而言，都可以很好的保障在未來的聲音與活動圖像的傳送中，可以有著較高的質(zhì)量。一般情況下，在用戶數(shù)據(jù)包的協(xié)議當(dāng)中，可以將其分組承載了一定的實(shí)時傳輸協(xié)議當(dāng)中的數(shù)據(jù)單元。其次，在話音凈荷方面，基本上都比較短暫，因此可以在用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議當(dāng)中，以及實(shí)時傳輸協(xié)議的控制頭當(dāng)中，都基于最小的長度，進(jìn)行針對性的運(yùn)算分析。

2.3 控制信令技術(shù)

對于媒體而言，這種傳輸技術(shù)的特征，充分保障了語音傳輸過程中的實(shí)時性，同時也讓控制信令技術(shù)可以確保電話呼叫的出現(xiàn)。在當(dāng)今的控制信令的技術(shù)使用，可以很好的實(shí)現(xiàn)高級別的電話業(yè)務(wù)。例如，可以在公共電話交換網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)的開展，同時在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)上，可以添加一些附加的業(yè)務(wù)。

在目前的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范當(dāng)中，對于多組網(wǎng)絡(luò)的多媒體通信技術(shù)已經(jīng)被明確的規(guī)范，特別是在無業(yè)務(wù)質(zhì)量保障的過程中，明確出了互聯(lián)網(wǎng)的具體規(guī)范。在桌面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開展中，基本上都被分組網(wǎng)絡(luò)占據(jù)了絕大部分。因此，就使得H.323標(biāo)準(zhǔn)對互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)以及局域網(wǎng)上的多媒體技術(shù)基礎(chǔ)得到了全面的應(yīng)用。

在會話初始協(xié)議SIP上，是一種具有IETE的特征，因此就需要研制出應(yīng)用層控制信令的協(xié)議類型。以此可以在使用的過程中，能夠利用SIP進(jìn)行創(chuàng)建、修改以及終止一個或者多個參與者，并參加會話進(jìn)程，在具體的會話過程中，可以邀請到其他的參與者參與其中。例如，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上，兩方進(jìn)行信息通信的過程中，可以利用單播聯(lián)網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)通信的目的。

三、目前VoIP技術(shù)問題處理方法

3.1 實(shí)時性

在IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，其進(jìn)行的音頻傳輸，需要保障信息傳輸過程中的較高連續(xù)性，應(yīng)形成語音傳輸?shù)膶?shí)時性。在實(shí)時通信的過程中，其具體的要求方面，相比較傳統(tǒng)的高速和一些非實(shí)時性的通信傳輸工作不相同。在一般情況下的互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，主要關(guān)注的性能指標(biāo)為吞吐率與時延。同時，在充分的保障實(shí)時性的前提下，其系統(tǒng)的可靠性也需要得到相應(yīng)的規(guī)定。因此，在相關(guān)技術(shù)在被使用之后，可以很好的保障在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，不會出現(xiàn)突然消失的問題。另外，也可以很好的避免出現(xiàn)消失、損壞的問題。需要注意的是，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，其數(shù)據(jù)塊都會在最后的時間，一旦超出了界限數(shù)據(jù)就會導(dǎo)致失去相應(yīng)的作用。

3.2 網(wǎng)絡(luò)時延處理

在目前的電話發(fā)展中，基本上都是利用數(shù)據(jù)包進(jìn)行語音數(shù)據(jù)的傳輸，但是對于網(wǎng)絡(luò)而言，其網(wǎng)絡(luò)的擁堵會對傳輸造成一定的影響。在通常情況下，基本上時延都在150ms一下的程度，因此對于通話者而言，基本上不會感受到一定的延遲問題，但是在時延超出了450ms的標(biāo)準(zhǔn)之后，就會造成交流的緩慢。同時，還會對人們的日常生活造成一定的麻煩。例如，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包順序出錯、丟失的問題出現(xiàn)。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，需要有效的利用IP優(yōu)先級，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)時延問題的有效處理。在這種優(yōu)先級確定中，主要是基于不同的數(shù)據(jù)包，進(jìn)行分門別類進(jìn)行的管理，將不同類型的數(shù)據(jù)包都得到有效的處理。之后，利用不同級別的處理方式，可以很好的將一些級別較高的數(shù)據(jù)包進(jìn)行通信。其次，還要針對語音、圖像等實(shí)時性要求較高的數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的處理方式。

3.3 數(shù)據(jù)包丟失處理

為了很好的解決數(shù)據(jù)包的丟失問題，目前主要有兩種思路：一種是盡量避免丟包，即在輸出源對丟包進(jìn)行控制，稱為丟包恢復(fù)技術(shù)PLR。這種技術(shù)相對復(fù)雜，會增加網(wǎng)絡(luò)帶寬和延時，一般包括前向糾錯技術(shù)、交織技術(shù)、低比特率榮譽(yù)編碼等技術(shù)。另一種是減少丟包后的影響，即在接收端通過一定的措施對丟包進(jìn)行隱藏，稱為丟包隱藏技術(shù)PLC。這種技術(shù)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，并利用人耳的掩蔽效應(yīng)，被動地對丟失利用與原始信號相似的替代物進(jìn)行補(bǔ)償。在丟包率小于15%并且包尺寸為4-40ms時有效。一般包括插入技術(shù)、插值技術(shù)、幀間插值技術(shù)、基于模型的技術(shù)等。下圖1展示了每個IP數(shù)據(jù)包包含4個單元的語音的交織技術(shù)方式。

其工作原理是：IP數(shù)據(jù)包在發(fā)送之前，先把原始語音數(shù)據(jù)分成若干個比IP包還小的單元，然后通過預(yù)先設(shè)定的規(guī)則重新排列順序，使每個IP包中的數(shù)據(jù)不在是來自于同一個數(shù)據(jù)包，而是來自于不同的語音數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生丟包現(xiàn)象時，雖然丟失的還是完整的IP包，但并沒有丟失原始語音中這個IP包的全部數(shù)據(jù)，而僅僅只是不同IP包中的一小部分單元，最后在接收端再將這些單元通過之前規(guī)則的逆過程恢復(fù)到原來的順序。這樣一來，本來丟失的一個完整語音包的數(shù)據(jù)，就被分散在了不同的數(shù)據(jù)包中，雖然丟失的數(shù)據(jù)在總體數(shù)量上保持不變，但是通過人耳的掩蔽特性能夠自動修復(fù)丟失的少量數(shù)據(jù)。對聽著產(chǎn)生的影響很小，從而提高語音的質(zhì)量。這種方式有點(diǎn)類似于數(shù)據(jù)存儲廣泛應(yīng)用的RAID5技術(shù)。

四、結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)下的發(fā)展中，伴隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，使得人們在進(jìn)行信息通信的過程中，研發(fā)出了各種先進(jìn)的技術(shù)類型，同時也進(jìn)一步的保障了當(dāng)下技術(shù)在實(shí)際的發(fā)展過程中，可以很好的受到一些傳統(tǒng)技術(shù)的影響，使得信息傳輸過程中的質(zhì)量受到影響。因此，就需要在實(shí)際的發(fā)展中，可以很好的基于VoIP技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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