没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
首页详述VOIP基础 --详述VOIP基础
详述VOIP基础 --详述VOIP基础
需积分: 10 30 下载量 201 浏览量
更新于2023-03-03
评论
收藏 630KB PDF 举报
详述VOIP基础详述VOIP基础详述VOIP基础详述VOIP基础详述VOIP基础
资源详情
资源评论
资源推荐
第四章 VoIP 技术原理
VoIP(Voice Over Internet Protocol),即 IP 上传送语音,简单地说,就是实现了语
音在 IP 上的实时传送,为了有效地利用 IP 带宽资源,通常在传送之前先要对语音数据进行
压缩处理。VoIP 的基本原理是:通过语音的压缩算法对原始的语音数据进行压缩处理,然
后把这些压缩过的语音数据按实时传输的要求进行打包,经过 IP 网络把数据包送至接收地,
再把这些语音数据包按原来的时间次序进行串行化处理,并将数据包中的语音数据进行解压
缩处理,恢复出原始的语音信号,从而实现在 IP 上实时传送语音的目的。
本章首先简单地介绍一下 VoIP 技术的基本原理,接着重点阐述实现 VoIP 的主要的协议
和语音编码、传输技术,最后讨论 IP 视频技术。
4.1 概述
4.1.1 发展概况
自 70 年代就开始了计算机网络上语音通信的研究工作,当时主要是基于 ARPANET 网络
平台上进行研究和试验。1974 年 8 月首次分组语音通信试验,在美国西海岸南加州大学的
信息科学研究所(ISI)和东海岸的林肯研究室(LL)之间进行,语音编码为 9.6kbit/s 的
连续的可变斜率增量调制,并采用静音检测技术降低比特率。1974 年 12 月,线性预测编码
(LPC)声码器首次用于分组语音通信实验。
在研究中,ISI 提出了分组语音通信协议 NVP(Network Voice Protocol)和 ST(Stream)。
NVP 属于应用层,而 ST 属于网络层。为了减少时延,话音信号经 NVP 协议封装后,直接交
给 ST 处理后传给网络,呼叫控制信令则由 NVP 直接交给 IP 处理后传给网络,二者都不经过
传输层。IP 和 ST 同属于网络层,但 IP 提供的是无连接的数据报服务,而 ST 提供的是面向
连接的虚电路服务,其目的是保证语音分组传送的时序完整性,减轻 NVP 的处理负担。这是
最早的分组语音通信网络协议,对以后的研究颇有参考价值。
虽然在当时的实验中,由于网络速度慢、低比特语音编码技术不成熟等原因,语音质量
不能令人满意,但非常重要的是,通过实验至少表明,在基于 IP 的计算机网络上进行语音
通信是可行的。
80 年代的研究主要集中于局域网上的语音通信,美国、英国、意大利等在总线型局域
网、令牌环网、3Com 以太网上进行了实验,深入研究了分组时延的原因、分组话音通信协
议、链路利用率和话音分组同步等问题。国内也开始进行了一些理论研究工作。
真正的快速发展是在 90 年代以后,IP 分组语音话音通信技术获得了突破性的进展和实
际应用。1996 年,ITU-T 通过了著名的 H.323 协议,这一协议的推出,成为了 VoIP 的公共
规范,极大地推动了 VoIP 的发展。随后,1999 年 IETF 完成了 MGCP 协议(RFC2705)和 SIP
协议(RFC2543);2000 年 ITU-T 和 IETF 共同推出了 H.248/Megaco 协议。
随着 VoIP 理论研究的深入,技术上也日益成熟,90 年代中期开始,许多厂商开始 VoIP
有关产品的开发工作。1999 年,我国正式批准了中国电信、中国联通、吉通和网通四家公
司进行 IP 电话商用试验,并于 2000 年正式商用。但这种 VoIP 应用的重点在于替代传统电
话的长途网部分,而电话的接入仍然采用传统的基于电路交换的市话网;但近一两年来,随
着宽带接入网的迅速发展,VoIP 在接入层的也得到了不少的应用,代替了传统的市话网。
由于宽带接入网的情况千差万别,VoIP 技术在接入层的应用中目前尚存在各种的问题和困
难,如系统的安全、网络穿透等。但更重要的是,VoIP 技术在接入层应用的成功为为以后
纯 VoIP(在核心层和接入层均采用 VoIP 技术)的应用奠定了基础。
4.1.2 基本原理
典型的 VoIP 系统的构架如图 4-1 所示。
网关1
网关2
网络
图 4-1 VoIP 数据传输示意图
传统的电话网是以电路交换方式传输语音,所要求的传输宽带为 64kbit/s。为了充分
地利用网络带宽资源,VoIP 通信中通常根据实际使用的要求采用各种压缩算法对原始的语
音数据进行压缩处理,常用的有 G.723.1、G.729 等;然后才用网络技术将压缩后的语音数
据进行打包处理,在运输层采用无连接的 UDP 的方式,其主要目的是为了保证语音数据的传
输的实时性,然后将 UDP 数据报交由 IP 分组网络来进行传送;在将压缩数据传送至 UDP 之
前,先用 RTP/RTCP 协议对压缩数据进行处理,RTP 协议用以传送语音数据,而 RTCP 协议用
以传送语音数据的控制信息。如图 4-2 左侧所示。 接收侧收到数据后,其处理过程与发
送侧相反,如图 4-2 右侧所示。
通常每个网关,既要发送语音数据,又要接收语音数据,所以包含图 4-2 中的所有功能。
实际上,网关的基本功能就是完成语音数据的压缩、解压缩和打包、解包处理。
实际的传输网络可能是非常简单的局域网,也可能极其复杂的广域网,传输途径中包含
各种网络设备,如网络交换机、路由器、ATM 交换机、SDH 等。
压缩
原始数据
RTP/RTCP
UDP/IP UDP/IP
原始数据
RTP/RTCP
解压缩
图 4-2 语音数据处理示意图
1.语音的压缩编码和解码
模拟的语音信号首先要进行模拟-数据转换,也就是对模拟语音信号进行量化处理,可
以使用各种语音编码方案来实现,目前通常采用的语音编码标准主要有 ITU-T G.711(含
G.711A 和 G.711μ两种)。这种语音编码标准的数据速率为 64kbit/s,为了充分地利用 IP
网络的带宽资源,通常会根据具体的应用场合采用合适的语音压缩编码,将原始的语音数据
进行压缩处理。最常用的压缩编码有 ITU-T G.723.1 和 ITU-T G.729 等,其中 ITU-T G.723.1
的数据速率为 5.3kbit/s 或 6.3kbit/s,而 ITU-T G.729 的数据速率为 8 kbit/s,可见,经
过压缩处理可以在很大程度上提高网络带宽的利用率。
在接收端,有一个相应的语音解压缩的处理过程,为语音压缩的逆过程。最后将解压缩
后的语音数据经数字-模拟转换等处理后输出。
2.RTP/RTCP
经压缩的语音数据采用 RTP/RTCP 封装后,再利用 UDP 来进行传输。RTP/RTCP 为音频、
视频等实时数据提供端到端的传递服务,可以向接收端传送恢复实时信号必须的定时和顺序
信息,并向收发双方提供 QoS 检测手段。RTP/RTCP 实际上包含两个协议:RTP(实时传送协
议-Real-time Transport Protocol)和 RTCP(实时传送控制协议-Real-time Transport
Control Protocol)。其中 RTP 本身用以传送实时数据,接收端可以利用 RTP 包含的信息来
正确地重组原始信号,如实现压缩编码识别、排序、丢包补偿等功能;而 RTCP 用以传送实
时数据传送的质量参数,提供 QoS 监视机制。但 RTP/RTCP 本身并没有保证 QoS 的机制,它
必须借助于资源预留协议等手段。
3.传送
RTP 封装后语音数据的经由 UDP/IP 来进行传输。由于 UDP 提供的是无连接的服务,容
易产生网络丢包等问题,并且不能保证包传输的次序,这些问题可以利用 RTP/RTCP 协议部
分得以解决。接着数据包通过数据链路层和物理层封装,并经网络设备送至目的端。目的端
接收后进行源端的逆过程,最后输出语音信号。
4.1.3 常见协议
实际上,为了实现上述的语音数据的通信过程,需要有呼叫控制规范来实现呼叫的接续。
VoIP 的各种协议就是实现呼叫控制的技术规范。
讲到 VoIP 的协议,肯定提到 H.323 协议。H.323 协议是由 ITU-T 制定,并已经在业界
得到广泛的应用。H.323 协议是一个协议族,包含 RAS、Q.931、H.245 等一系列的协议,RAS
协议用于呼叫接入控制等功能,Q.931 协议用于实现呼叫控制,而 H.245 协议用于媒体信道
控制。H.323 协议采用的是类似于传统电信系统的层次架构,容易实现系统的分层。协议的
体系结构非常完整,但整个系统比较复杂,功能比较强大,但实现呼叫的功能不灵活。
SIP 协议是另一个主要的 VoIP 体系。与 H.323 协议不同,SIP 协议采用的是客户机/服
务器(C/S)结构,定义了各种不同的服务器和用户代理,通过和服务器之间的请求和响应
来完成呼叫控制。SIP 协议的呼叫流程比较简单灵活,系统的可扩展性较好。
MGCP 协议实际上是一个补充的协议。在 H.323 协议和 SIP 协议中的网关设备,不仅要
执行媒体格式的变换,如压缩和解压缩、RTP 打包与解包等功能,而且还要进行信令的转换,
在 IP 网络侧执行 H.323 或 SIP 协议,在 PSTN 侧执行电路交换的信令。这样网关的功能变得
非常复杂,限制了每个网关设备的容量;而且,随着应用的不断普及,将有更多的网关终端
进入用户,这类网关设备的由于成本较高,并存在网络安全等问题,严重影响 VoIP 系统应
用。MGCP 协议就可以解决这些问题,其基本思想就是将媒体变换功能和网关控制功能相分
离。使网关只承担简单的媒体变换功能,称为媒体网关(MG:Media Gateway),复杂的网关
控制功能则由网关之外的独立的控制实体来执行,该实体称为呼叫代理(CA:Call Agent),
两者之间的接口就采用 MGCP 协议来进行交互。
H.248 协议与 MGCP 类似,也是一种媒体网关控制协议,与 MGCP 协议相比,H.248 协议
可以支持更多类型的接入技术,并支持终端的移动性,除此以外,H.248 协议最著名之处在
于比 MGCP 所允许的规模更大,更具灵活性,H.248 协议通过增加许多 Package 的定义来对
协议的功能进行扩展。H.248 协议是在 MGCP 协议的基础上发展而来的,随着 H.248 协议的
不断完善,将逐渐取代 MGCP 协议成为媒体网关控制的主要标准。
4.1.4 技术特点
VoIP 应用在近几年得到了迅速的发展,与其许多独特的技术特点是分不开的。主要的
特点有:
1.低成本
价格低廉曾经是 VoIP 技术得以发展的一个非常重要的因素。VoIP 均会采用语音压缩技
术,虽加上 RTP/UDP/IP 封装以及底层传输的开销,通常也只需要传统电路交换 1/3~1/4 左
右的带宽;而且,利用 VoIP 技术来传输语音,本质上是分组统计复用的,这样,就可以在
更大程度上提高网络带宽的利用率。同时,随着 VoIP 技术的迅猛发展,网关等设备的生产
成本也迅速下降。低成本为 VoIP 技术的迅速推广应用奠定了坚实的基础。
2.容易实现增值业务
VoIP 技术的优势绝非仅仅是价格低廉,灵活实现增值业务才是 VoIP 得以发展的真正动
力。VoIP 采用的是智能终端,IP 网络是开放式的网络,其固有的分布式计算机环境很容易
迅速推出新的业务。相对而言,电话网推出一项增值业务往往比较困难,有时受限于终端能
力和网络互通能力,某些业务还无法提供。在局端系统中,传统电话网采用智能网技术来实
现增值业务,而 VoIP 技术从本质上来讲,比智能网技术更加灵活,智能也更强大。
3. 对通信业的巨大冲击
VoIP 技术的发展对电信业是革命性的。VoIP 企业网的建设就是一个很好的例子,依赖
VoIP 技术和 IP 网络,企业就可以实现各部门和分布在世界各地的分支机构之间的通信。这
在过去是无法想象的,给传统的电信运营商带来极大的冲击,但同时也给新兴运营商的迅速
崛起创造了条件。随着 1999 年,IP 电话在我国商用以来,中国吉通和中国网通就是得到了
迅速发展,成为了提供长话通信的主要运营商。随着 VoIP 在接入层应用技术的日益成熟,
也势必对传统的市话网造成极大的冲击。更重要的是,VoIP 不仅可以代替部分和全部传统
电路交换可以提供的服务,而且可以提供许多电路交换无法提供的服务,具有全新的服务概
念。
总之,价格优势仅仅是 VoIP 技术进入市场的原始推动力,勉强的语音质量也不是 VoIP
技术的代名词。高质量的语音编码已经逐步应用,可以提供类似高保真的语音质量,而且随
着与视频技术、文本通信技术等的结合,加上 VoIP 本身具有灵活开展各种业务的能力,可
以为用户提供各种高质量、非常有特色的新兴通信服务。
剩余61页未读,继续阅读
sukahn
- 粉丝: 0
- 资源: 4
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 收起
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
会员权益专享
最新资源
- RTL8188FU-Linux-v5.7.4.2-36687.20200602.tar(20765).gz
- c++校园超市商品信息管理系统课程设计说明书(含源代码) (2).pdf
- 建筑供配电系统相关课件.pptx
- 企业管理规章制度及管理模式.doc
- vb打开摄像头.doc
- 云计算-可信计算中认证协议改进方案.pdf
- [详细完整版]单片机编程4.ppt
- c语言常用算法.pdf
- c++经典程序代码大全.pdf
- 单片机数字时钟资料.doc
- 11项目管理前沿1.0.pptx
- 基于ssm的“魅力”繁峙宣传网站的设计与实现论文.doc
- 智慧交通综合解决方案.pptx
- 建筑防潮设计-PowerPointPresentati.pptx
- SPC统计过程控制程序.pptx
- SPC统计方法基础知识.pptx
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功
评论0