IP卡这个“杀手”有点冷
2001-04-22 00:15 出处:《数字通信》
1995年初,以色列VocalTec公司研制出了可以通过Internet打长途电话的软件产品“Internet Phone”。只要在多媒体PC上安装该软件,你就可以通过Internet和在世界上任何地方安装同样软件的联机用户进行通话。这个技术上的突破引起全世界的瞩目,其背后的无限商机也使许多研究机构、国际标准组织、产品制造公司开始进行此项技术的研究,从而使IP电话技术得到迅速发展。
IP简介
IP电话是一项新兴产业,所谓IP就是Internet Protocol,即Internet协议,是利用因特网技术对话音压缩打包成数据来传输而进行双方通话服务,它的最大特点就是价格便宜,InfoTalk也是其中一类。
IP电话的原理,就是将普通电话的模拟信号转为数字信号,并进行压缩打包处理,通过Internet进行传输,到达对方后再进行解压,还原成模拟信号,对方通过电脑、普通电话机等设备进行接听。IP电话采用这种通信技术,来达到降低国际长途电话费用的目的。但由于运用了压缩、打包、还原技术,所以目前所有的IP电话都有延迟现象。而对于使用者来说,国际长途本身就有延迟,所以用户完全可以接受。InfoTalk采用的专利压缩技术,进一步提高了语音传送速度,使用户获得更好的通话品质。
IP电话的技术分析
IP电话是一个复杂的系统工程,涉及到的技术也很繁杂,其中尤几种技术的发展最为关键,包括分组语音技术、语音编码和压缩技术等。
传统的电话网是以电路交换的方式传输语音,它需要的基本带宽为64kbit/s。而要在基于IP 的分组网络上传输语音,就必须对模拟的语音信号进行特殊的处理,使处理后的信号可以适合在面向无连接的分组网络上传输,这项技术称为分组语音技术。电话技术通常需要64kbit/s以上的带宽,而分组语音需要的带宽不到10kbit/s。
所有分组语音系统都遵循一个共同的模式,在这个网络的周边是被称为“语音代理”的设备或部件。这些设备或部件的任务是将语音信息从传统的电话格式转换为适用于分组传输的格式。然后通过网络将分组数据发送到目标的语音代理。
处理流程
无论对于实时的应用(如IP电话)还是非实时的应用(如语音邮件),发送端语音都要经过模拟信号——数字信号——语音包的处理过程,并在接收端对语音包进行相反的处理,从而得到与输入端相同的语音信号。可以把处理流程分为发送端的处理流程和接收端的处理流程两部分来介绍。
1.发送端的处理流程
首先,把模拟信号转换为数字信号,并对其进行进入缓冲器前的量化数据处理。声卡和音频设备先对模拟语音信号进行8位或16位量化,然后再送入缓冲器。许多低比特率的编码器对语音块(也被称为帧)进行编码,典型帧为10~30ms,考虑到传输过程中的代价,语音包通常由60、120 或240ms长的语音数据组成。
其次,把语音包按照特定的帧长进行编码。大部分的编码器都有特定的帧尺寸,若一个编码器使用15ms的帧,则把从第一级来的120ms的包分成8帧,并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点(抽样频率为8kHz)。编码后,将8个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。
网络处理器为语音包添加包头、时标和其他信息后通过网络传送到另一端点。
2.接收端的处理流程
首先,网络提供一个可变长度的缓冲器,用来调节网络产生的抖动。缓冲器可容纳许多语音包,用户可选择缓冲器的大小,大的缓冲器能调节大的抖动,但产生延迟较大,小的缓冲器产生延迟较小,但不能调节大的抖动。
其次,解码器将经过编码的语音包解压缩后产生新的语音包。这里也可按帧进行操作,完全和编码器的长度相同。若帧长度为15ms,则120ms的语音包被分成8帧,然后被解码还原成120ms的语音数据流送入解码缓冲器。
最后,缓冲器中语音样点被播放驱动器取出送入声卡,通过扬声器按预定的频率(例如 8kHz)播出。
以上两部分处理流程,再经过中间的传输过程就完成了语音分组通信的一个全过程。
在这个过程中,全部网络被看成一个整体,从输入端接收语音包,然后将其传送到网络输出端。由于可以在某个范围内变化,就可能出现网络传输中的抖动现象。
IP电话的效率分析
IP电话面市后,从社会角度讲,最受欢迎的是与传统电话存在着较大的资费差。之所以存在着这个差价,从上面的技术分析及处理流程可知,一是因为采用了压缩编码技术,二是利用了具有统计复用的IP数据网。IP电话与传统电话最大的不同在于语音以分组的形式在数据网中传输,因此,在语音终端和数据网络之间需要一个转换器(通常叫网关),将连续的语音信号分割成一定长度的多个语音分组,并对其进行压缩处理,降低传输码率,然后将压缩后得到的数据封装到IP数据包中实现在IP交换网的传输。
由于网络上实际传送的码流并不是编码后输出净码流(语音包),而是经过封装后的码流。一般封装的形式为:在语音包前加上IP包头、UDP包头和RTP包头。IP包头为20字节,UDP包头为8字节,RTP包头12字节,总包头长度为40字节。封装的效率取决于一个RTP包中打多少数量的语音包。RTP包头所打的语音包越多,封装效率就越高,单位流量也就越小,电路利用率就越高,但同时,全网时延就加大,反之亦然。因此,在设计系统时,运营商需要在提高电路利用率和减少时延中做出选择,两者是难以两全的。
一般地,在全程时延(包括编码时延、打包时延、处理时延、网络时延、缓冲排队时延等)中分配给编码的时延为30ms左右。要满足这个时延要求,取决于一个RTP的包打进多少压缩后的语音包。当然,我们采用不同的编码器和采用不同的封装形式所产生的实际传送码流差异是很大的。我们还可以引入包头压缩技术或静音压缩技术来进一步降低流量,但这也是要付出代价的。
综上所述:要想较高地通过压缩提高网络利用率,就要以牺牲时延为代价。对于语音业务这类实时性要求非常高的业务,要保证语音的质量,应将语音的全程往返时延控制在450ms为宜。因此,编码打包后形成的单位码流通常是在20kbps,带宽压缩仅为3倍左右,而不是8倍或更多。当然,采用静音抑制和多信道等技术处理后,网络上传送的平均码流约为12kbps,带宽利用率约为5倍。
IP电话的通话方式及其优缺点
目前,大家所关注的IP电话主要有三种形式:1.电脑对电脑;2.电脑对普通电话;3.普通电话对普通电话。前面两种形式需要电脑和上网终端调制解调器的支持,而第三种则不需要任何额外的投入。
PC→PC
这种方式即俗称的点对点方式,通话双方都拥有具多媒体和网络功能的电脑,运用统一规范的协议,将模拟信号进行压缩、打包处理,由Internet传输到对方,再经过对方的设备进行解压,还原成模拟信号。
声音通过声卡、麦克风、耳机等进行输入与输出。
这种传输方式只和当地的Internet服务供应商(Internet Service Provider,以下简称ISP)发生关系。
它的优点在于:
(1)通话费用最低---双方只需支付Internet的网络服务费用和市话费。如:上海打到美国,上海方面大约RMB 0.2元/分钟,美国方面大约RMB 0.12元/分钟。
(2)发生的关系最少---只需和当地的ISP发生关系。
(3)选择的余地最大---根据当地的ISP网络服务状况,双方可选择不同的ISP。
它的缺点在于:
(1)使用范围有所限制---因为双方均要配备电脑设备,所以使用者的范围受到限制,常用于双方经常性的定时联系。
(2)使用过程易受干扰---因为通话过程是实时进行的,所以对ISP的依赖性较强。选择一个提供较好服务的ISP,对于这种通话方式相当重要,好的服务包括带宽大、上网快、容量大等特点。
(3)使用对象受限制---因为双方须有电脑,且要事先约定,开电脑后需进行一定的必要操作后方可上网,只有具备电脑知识的用户才可使用。
PC→Phone
这种方式即俗称的点对面方式,送话方要拥有多媒体和网络功能的电脑设备,而受话方为普通电话机。由于压缩、打包后的数字信号经过Internet的传输后仍然是数字信号,普通电话无法接听,所以必须通过Gateway(网关)服务商将此数字信号解压还原成模拟信号,再传输到受话方的普通电话机上。同样地,将受话方的模拟信号转为数字信号,通过Internet传给送话方。
它的优点在于:
1.使用对象扩大---由于受话方不需要有电脑,所以使用对象扩大,常用于商业上的业务联系。
2.单方可进行选择---由于送话方有压缩、解压的电脑设备,所以送话方可选择ISP,而受话方就完全依赖Gateway服务商所提供的服务。
这种方式的缺点在于:
1.通话费用增加---由于有Gateway服务商的参与,所以通话方除要支付Internet的网络费用、市话费,还需另外负担Gateway的服务费。如上海打到美国,上海方面大约RMB 3.2元/分钟。
2.付费手续增加---Gateway服务商的服务费一般以购电话卡的形式支付,需要预付一笔资金。
3.可选择范围较少---送话方可根据当地的ISP情况,选择不同的ISP服务商,但受话方一般只有一家Gateway服务商提供服务,没有选择的余地。
Phone→Phone
这种方式也即俗称的面到面方式,通话双方均使用普通电话机。首先,送话方的模拟信号在当地的Gateway上打包、压缩为数字信号,通过Internet到对方的Gateway上再解压,还原成模拟信号送到受话方的普通电话机上。
这种方式的优点在于:
1.使用方便---由于通话双方均为普通电话机,所以使用对象范围广,不受场地、设备的限制。
2.话音质量较高---Gateway服务商使用较大的带宽线路,所以效果较好,不易受干扰。但不排除由于用户太多造成线路方面的阻塞。
这种方式的缺点在于:
通话费用高---由于通话双方都需要Gateway服务商提供服务,所以这种方式在IP电话中通话费用最高。
目前在我国开通的IP电话还属实验性质,是以普通电话为终端的IP电话服务,即普通电话对普通电话形式。它由中国电信、中国联通、吉通公司三家开办。
本文地址:http://www.cnonline.org/2001/article/1136.html
IP简介
IP电话是一项新兴产业,所谓IP就是Internet Protocol,即Internet协议,是利用因特网技术对话音压缩打包成数据来传输而进行双方通话服务,它的最大特点就是价格便宜,InfoTalk也是其中一类。
IP电话的原理,就是将普通电话的模拟信号转为数字信号,并进行压缩打包处理,通过Internet进行传输,到达对方后再进行解压,还原成模拟信号,对方通过电脑、普通电话机等设备进行接听。IP电话采用这种通信技术,来达到降低国际长途电话费用的目的。但由于运用了压缩、打包、还原技术,所以目前所有的IP电话都有延迟现象。而对于使用者来说,国际长途本身就有延迟,所以用户完全可以接受。InfoTalk采用的专利压缩技术,进一步提高了语音传送速度,使用户获得更好的通话品质。
IP电话的技术分析
IP电话是一个复杂的系统工程,涉及到的技术也很繁杂,其中尤几种技术的发展最为关键,包括分组语音技术、语音编码和压缩技术等。
传统的电话网是以电路交换的方式传输语音,它需要的基本带宽为64kbit/s。而要在基于IP 的分组网络上传输语音,就必须对模拟的语音信号进行特殊的处理,使处理后的信号可以适合在面向无连接的分组网络上传输,这项技术称为分组语音技术。电话技术通常需要64kbit/s以上的带宽,而分组语音需要的带宽不到10kbit/s。
所有分组语音系统都遵循一个共同的模式,在这个网络的周边是被称为“语音代理”的设备或部件。这些设备或部件的任务是将语音信息从传统的电话格式转换为适用于分组传输的格式。然后通过网络将分组数据发送到目标的语音代理。
处理流程
无论对于实时的应用(如IP电话)还是非实时的应用(如语音邮件),发送端语音都要经过模拟信号——数字信号——语音包的处理过程,并在接收端对语音包进行相反的处理,从而得到与输入端相同的语音信号。可以把处理流程分为发送端的处理流程和接收端的处理流程两部分来介绍。
1.发送端的处理流程
首先,把模拟信号转换为数字信号,并对其进行进入缓冲器前的量化数据处理。声卡和音频设备先对模拟语音信号进行8位或16位量化,然后再送入缓冲器。许多低比特率的编码器对语音块(也被称为帧)进行编码,典型帧为10~30ms,考虑到传输过程中的代价,语音包通常由60、120 或240ms长的语音数据组成。
其次,把语音包按照特定的帧长进行编码。大部分的编码器都有特定的帧尺寸,若一个编码器使用15ms的帧,则把从第一级来的120ms的包分成8帧,并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点(抽样频率为8kHz)。编码后,将8个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。
网络处理器为语音包添加包头、时标和其他信息后通过网络传送到另一端点。
2.接收端的处理流程
首先,网络提供一个可变长度的缓冲器,用来调节网络产生的抖动。缓冲器可容纳许多语音包,用户可选择缓冲器的大小,大的缓冲器能调节大的抖动,但产生延迟较大,小的缓冲器产生延迟较小,但不能调节大的抖动。
其次,解码器将经过编码的语音包解压缩后产生新的语音包。这里也可按帧进行操作,完全和编码器的长度相同。若帧长度为15ms,则120ms的语音包被分成8帧,然后被解码还原成120ms的语音数据流送入解码缓冲器。
最后,缓冲器中语音样点被播放驱动器取出送入声卡,通过扬声器按预定的频率(例如 8kHz)播出。
以上两部分处理流程,再经过中间的传输过程就完成了语音分组通信的一个全过程。
在这个过程中,全部网络被看成一个整体,从输入端接收语音包,然后将其传送到网络输出端。由于可以在某个范围内变化,就可能出现网络传输中的抖动现象。
IP电话的效率分析
IP电话面市后,从社会角度讲,最受欢迎的是与传统电话存在着较大的资费差。之所以存在着这个差价,从上面的技术分析及处理流程可知,一是因为采用了压缩编码技术,二是利用了具有统计复用的IP数据网。IP电话与传统电话最大的不同在于语音以分组的形式在数据网中传输,因此,在语音终端和数据网络之间需要一个转换器(通常叫网关),将连续的语音信号分割成一定长度的多个语音分组,并对其进行压缩处理,降低传输码率,然后将压缩后得到的数据封装到IP数据包中实现在IP交换网的传输。
由于网络上实际传送的码流并不是编码后输出净码流(语音包),而是经过封装后的码流。一般封装的形式为:在语音包前加上IP包头、UDP包头和RTP包头。IP包头为20字节,UDP包头为8字节,RTP包头12字节,总包头长度为40字节。封装的效率取决于一个RTP包中打多少数量的语音包。RTP包头所打的语音包越多,封装效率就越高,单位流量也就越小,电路利用率就越高,但同时,全网时延就加大,反之亦然。因此,在设计系统时,运营商需要在提高电路利用率和减少时延中做出选择,两者是难以两全的。
一般地,在全程时延(包括编码时延、打包时延、处理时延、网络时延、缓冲排队时延等)中分配给编码的时延为30ms左右。要满足这个时延要求,取决于一个RTP的包打进多少压缩后的语音包。当然,我们采用不同的编码器和采用不同的封装形式所产生的实际传送码流差异是很大的。我们还可以引入包头压缩技术或静音压缩技术来进一步降低流量,但这也是要付出代价的。
综上所述:要想较高地通过压缩提高网络利用率,就要以牺牲时延为代价。对于语音业务这类实时性要求非常高的业务,要保证语音的质量,应将语音的全程往返时延控制在450ms为宜。因此,编码打包后形成的单位码流通常是在20kbps,带宽压缩仅为3倍左右,而不是8倍或更多。当然,采用静音抑制和多信道等技术处理后,网络上传送的平均码流约为12kbps,带宽利用率约为5倍。
IP电话的通话方式及其优缺点
目前,大家所关注的IP电话主要有三种形式:1.电脑对电脑;2.电脑对普通电话;3.普通电话对普通电话。前面两种形式需要电脑和上网终端调制解调器的支持,而第三种则不需要任何额外的投入。
PC→PC
这种方式即俗称的点对点方式,通话双方都拥有具多媒体和网络功能的电脑,运用统一规范的协议,将模拟信号进行压缩、打包处理,由Internet传输到对方,再经过对方的设备进行解压,还原成模拟信号。
声音通过声卡、麦克风、耳机等进行输入与输出。
这种传输方式只和当地的Internet服务供应商(Internet Service Provider,以下简称ISP)发生关系。
它的优点在于:
(1)通话费用最低---双方只需支付Internet的网络服务费用和市话费。如:上海打到美国,上海方面大约RMB 0.2元/分钟,美国方面大约RMB 0.12元/分钟。
(2)发生的关系最少---只需和当地的ISP发生关系。
(3)选择的余地最大---根据当地的ISP网络服务状况,双方可选择不同的ISP。
它的缺点在于:
(1)使用范围有所限制---因为双方均要配备电脑设备,所以使用者的范围受到限制,常用于双方经常性的定时联系。
(2)使用过程易受干扰---因为通话过程是实时进行的,所以对ISP的依赖性较强。选择一个提供较好服务的ISP,对于这种通话方式相当重要,好的服务包括带宽大、上网快、容量大等特点。
(3)使用对象受限制---因为双方须有电脑,且要事先约定,开电脑后需进行一定的必要操作后方可上网,只有具备电脑知识的用户才可使用。
PC→Phone
这种方式即俗称的点对面方式,送话方要拥有多媒体和网络功能的电脑设备,而受话方为普通电话机。由于压缩、打包后的数字信号经过Internet的传输后仍然是数字信号,普通电话无法接听,所以必须通过Gateway(网关)服务商将此数字信号解压还原成模拟信号,再传输到受话方的普通电话机上。同样地,将受话方的模拟信号转为数字信号,通过Internet传给送话方。
它的优点在于:
1.使用对象扩大---由于受话方不需要有电脑,所以使用对象扩大,常用于商业上的业务联系。
2.单方可进行选择---由于送话方有压缩、解压的电脑设备,所以送话方可选择ISP,而受话方就完全依赖Gateway服务商所提供的服务。
这种方式的缺点在于:
1.通话费用增加---由于有Gateway服务商的参与,所以通话方除要支付Internet的网络费用、市话费,还需另外负担Gateway的服务费。如上海打到美国,上海方面大约RMB 3.2元/分钟。
2.付费手续增加---Gateway服务商的服务费一般以购电话卡的形式支付,需要预付一笔资金。
3.可选择范围较少---送话方可根据当地的ISP情况,选择不同的ISP服务商,但受话方一般只有一家Gateway服务商提供服务,没有选择的余地。
Phone→Phone
这种方式也即俗称的面到面方式,通话双方均使用普通电话机。首先,送话方的模拟信号在当地的Gateway上打包、压缩为数字信号,通过Internet到对方的Gateway上再解压,还原成模拟信号送到受话方的普通电话机上。
这种方式的优点在于:
1.使用方便---由于通话双方均为普通电话机,所以使用对象范围广,不受场地、设备的限制。
2.话音质量较高---Gateway服务商使用较大的带宽线路,所以效果较好,不易受干扰。但不排除由于用户太多造成线路方面的阻塞。
这种方式的缺点在于:
通话费用高---由于通话双方都需要Gateway服务商提供服务,所以这种方式在IP电话中通话费用最高。
目前在我国开通的IP电话还属实验性质,是以普通电话为终端的IP电话服务,即普通电话对普通电话形式。它由中国电信、中国联通、吉通公司三家开办。
本文地址:http://www.cnonline.org/2001/article/1136.html