EPON技術(shù)及應(yīng)用課件：VOIP-2

VOIP核心技術(shù)

VoIP的實(shí)現(xiàn)原理VoIP技術(shù)的核心在于語音編解碼器，語音編解碼器的主要功能就是把用戶語音的PCM（脈沖編碼調(diào)制）樣值編碼成少量的比特（幀）。而在接收端，語音幀先被解碼為PCM語音樣值，然后再轉(zhuǎn)換成語音波形ZXECSIBX1000采用業(yè)界領(lǐng)先的AudioCodes（以色列）公司的編解碼器件，提供了上佳的VoIP通話體驗(yàn)常用的語音編碼算法有目前主流的由ITU提出來的幾種編碼技術(shù)：G.711、G.729、G.723.1等G.711A—64Kbit/s，無壓縮編碼，歐洲標(biāo)準(zhǔn)G.711U—64Kbit/s無壓縮編碼，北美標(biāo)準(zhǔn)G.723.1—5.3Kbit/s,6.3Kbit/s，占用帶寬非常小，但是語音不夠清晰；G.729A—8Kbit/s，8Kbit/s，壓縮率中等，效果一般。常用的語音編碼算法G.711也稱為PCM（脈沖編碼調(diào)制），是國際電信聯(lián)盟訂定出來的一套語音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，主要用于電話。它主要用脈沖編碼調(diào)制對音頻采樣，采樣率為8k每秒。它利用一個(gè)64Kbps未壓縮通道傳輸語音訊號G.711是主流的波形聲音編解碼器。

G.711標(biāo)準(zhǔn)下主要有兩種壓縮算法。一種是μ-lawalgorithm（又稱oftenu-law,ulaw,mu-law），主要運(yùn)用于北美和日本；另一種是A-lawalgorithm，主要運(yùn)用于歐洲和世界其他地區(qū)。其中，后者是特別設(shè)計(jì)用來方便計(jì)算機(jī)處理的。不同編碼技術(shù)的特點(diǎn)G.729可將經(jīng)過采樣的64kbit/s話音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至8kbit/s。G723.1采用5.3/6.3Kbit/s雙速率話音編碼，其話音質(zhì)量好，但是處理時(shí)延較大，它是目前已標(biāo)準(zhǔn)化的最低速率的話音編碼算法?，F(xiàn)網(wǎng)中一般建議采用G.711A律編碼，有效語音帶寬是64kbits/sMOS語音質(zhì)量評價(jià)方法常用的語音質(zhì)量評價(jià)方法分為主觀評價(jià)和客觀評價(jià)。早期語音質(zhì)量的評價(jià)方式是憑主觀的，人們在打通電話之后通過人耳來感知語音質(zhì)量的好壞。1996年國際ITU開始制訂相關(guān)的評測標(biāo)準(zhǔn)：MOS（MeanOpinionScore）測試。它是一種主觀測試方法，將用戶接聽和感知語音質(zhì)量的行為進(jìn)行調(diào)研和量化，由不同的調(diào)查用戶分別對原始標(biāo)準(zhǔn)語音和經(jīng)過無線網(wǎng)傳播后的衰退聲音進(jìn)行主觀感受對比，評出MOS分值（1）5（優(yōu)），不察覺失真；（2）4（良），剛察覺失真，但不討厭；（3）3（中），察覺失真，稍微討厭；（4）2（差），討厭，但不令人反感；（5）1（劣），極其討厭，令人反感。各種編碼方式的對比編解碼技術(shù)語音壓縮帶寬（Kbps）語音延遲語音質(zhì)量等級G.711a/u64無延遲優(yōu)G.7298低于200ms良G.723（6.3Kbits/s）6.3低于200ms接近良G.723（5.3Kbits/s）5.3低于200ms介于良和中之間NGN的通信網(wǎng)絡(luò)是基于IP的，采用的尋址方式是“IP＋傳輸層端口”的方式。在語音通信中，為保證語音質(zhì)量，對包的丟包率，抖動，時(shí)延都有一定的要求，在這種情況無論是面向連接的TCP還是面向無連接的UDP都無法很好的完成實(shí)時(shí)媒體流的傳送作用，于是在UDP的基礎(chǔ)上，引入實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP/RTCP協(xié)議。語音傳送的方式

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（Real-timeTransportProtocol或簡寫RTP，也可以寫成RTTP）是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，它是由IETF的多媒體傳輸工作小組1996年在RFC1889中公布的。

RTP協(xié)議詳細(xì)說明了在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞音頻和視頻的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包格式。RTP協(xié)議常用于流媒體系統(tǒng)（配合RTCP協(xié)議），視頻會議和一鍵通（PushtoTalk）系統(tǒng)（配合H.323或SIP），使它成為IP電話產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)。RTP協(xié)議和RTP控制協(xié)議RTCP一起使用，而且它是建立在用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議上的。

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP/RCTPRTP由兩個(gè)緊密鏈接部分組成：

1.RTP―傳送具有實(shí)時(shí)屬性的數(shù)據(jù)；2.RTCP控制協(xié)議----監(jiān)控服務(wù)質(zhì)量并傳送正在進(jìn)行的會話參與者的相關(guān)信息。實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP/RCTPRTP/RTCP的傳送機(jī)制

當(dāng)應(yīng)用程序開始一個(gè)rtp會話時(shí)將使用兩個(gè)端口：一個(gè)給rtp，一個(gè)給rtcp。rtp本身并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠rtcp提供這些服務(wù)。在rtp的會話之間周期的發(fā)放一些rtcp包以用來傳監(jiān)聽服務(wù)質(zhì)量和交換會話用戶信息等功能。rtcp包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料。因此，服務(wù)器可以利用這些信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。

rtp和rtcp配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶間的數(shù)據(jù)傳輸反饋信息，可以制定流量控制的策略，而會話用戶信息的交互，可以制定會話控制的策略。

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP/RCTPRTP/RTCP幀結(jié)構(gòu)字符含義位數(shù)作用V版本2位標(biāo)識版本P填充標(biāo)識1位如設(shè)置填充位，在包尾將包含附加填充字，不屬于有效載荷X擴(kuò)展1位如設(shè)置擴(kuò)展位，固定頭后跟一個(gè)頭擴(kuò)展CCCSRC計(jì)數(shù)4位CSRC計(jì)數(shù)包括緊接在固定頭后CSRC標(biāo)識符個(gè)數(shù)M標(biāo)記1位標(biāo)記解釋由設(shè)置定義，目的在于允許重要事件在包流中標(biāo)記出來PT載荷類型7位記錄后面資料使用哪種碼型，接收端相應(yīng)的解碼出來SN順序編號16位系列號隨每個(gè)RTP數(shù)據(jù)包而增加1，由接收者用來探測包損失。系列號初值是隨機(jī)的，使對加密的文本攻擊更加困難。Timestamp時(shí)間戳32位時(shí)標(biāo)反映RTP數(shù)據(jù)包中第一個(gè)八進(jìn)制數(shù)的采樣時(shí)刻SSRC同步信源標(biāo)示符32位目的在于使同一RTP包連接中沒有兩個(gè)同步源有相同的SSRC標(biāo)識。CSRC貢獻(xiàn)信源標(biāo)示符32位CSRC列表表示包內(nèi)的對載荷起作用的源RTP/RTCP幀結(jié)構(gòu)RTP協(xié)議是在UDP封裝之上，通過RTP頭中的順序編號與時(shí)間戳參數(shù)實(shí)現(xiàn)媒體流實(shí)時(shí)按序傳送;RTP協(xié)議負(fù)責(zé)媒體流的轉(zhuǎn)換、傳送；RTCP負(fù)責(zé)通話質(zhì)量的監(jiān)控。媒體流變換時(shí)，封裝的順序：（網(wǎng)絡(luò)接口層（IP（UDP（RTP（語音））））。RTP/RCTP封裝順序語音編碼語音編碼RTP幀頭語音編碼RTP幀頭UDP幀頭語音編碼RTP幀頭UDP幀頭IP幀頭語音編碼RTP幀頭UDP幀頭IP幀頭以太網(wǎng)幀頭數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層物理層銅軸電纜/雙絞線/光纖VOIP語音封裝流程帶寬耗費(fèi)計(jì)算方法針對一個(gè)語音包，其所需要的開銷＝RTP頭＋UDP頭＋I(xiàn)P頭＋Ethernet頭其中RTP頭＝96bit(12byte)UDP頭＝64bit(8byte)IP頭＝160bit(20byte)Ethernet頭＝208bit(26byte)所以，一個(gè)語音包的開銷＝96＋64＋160＋208＝528bit帶寬耗費(fèi)計(jì)算方法根據(jù)公式:媒體流帶寬＝528/打包時(shí)長＋語音編解碼帶寬打包時(shí)長打包時(shí)長:編解碼芯片多久對語音包進(jìn)行一次采樣，然后編碼成IP報(bào)文發(fā)送。打包時(shí)間越短：每秒打包的數(shù)量就越多，語音的處理速度就越快，語音質(zhì)量也就越好，但所花費(fèi)的帶寬也越高。常見的打包時(shí)長有20ms和30ms兩種采用不同編碼算法的時(shí)候，所占用的帶寬計(jì)算方法如下：例如采用G.711算法，打包時(shí)長：20ms，所占用的帶寬計(jì)算為：考慮到打包時(shí)長為20ms，那么，每秒鐘產(chǎn)生50個(gè)數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包都包含：物理層26字節(jié)，IP層20字節(jié)，傳輸層8字節(jié)，RTP層12字節(jié)；估算RTCP所占的帶寬為語音流的5％，那么，通話帶寬為：（（12+8+20+26）*8*50/1024+64）*1.05=94.27Kbit/sRTP/RCTP占用帶寬計(jì)算方法各種打包時(shí)長下帶寬耗費(fèi)對比表編解碼技術(shù)語音壓縮帶寬（Kbps）20ms打包占用帶寬(Kbps)30ms打包占用帶寬(Kbps)G.711a/u6489.881.2G.729833.825.2G.723（6.3Kbits/s）6.332.123.5G.723（5.3Kbits/s）5.331.122.520秒打包并發(fā)支持路數(shù)表編解碼技術(shù)語音壓縮帶寬（Kbps）20ms打包占用帶寬(Kbps)支持的通路數(shù)(路)G.711a/u6489.82*1024/89.8=22G.729833.82*1024/33.8=60G.723（6.3Kbits/s）6.332.12*1024/32.1=63G.723（5.3Kbits/s）5.331.12*1024/31.1=6530秒打包并發(fā)支持路數(shù)表編解碼技術(shù)語音壓縮帶寬（Kbps）IP帶寬占用（30ms打包周期）（Kbps）支持的通路數(shù)(路)G.711a/u6481.22*1024/81.2=25G.729825.22*1024/25.2=81G.723（6.3Kbits/s）6.323.52*1024/23.5=87G.723（5.3Kbits/s）5.322.52*1024/22.5=91VoIP通道數(shù)消耗的組網(wǎng)類型消耗到VoIP通道數(shù)的組網(wǎng)類型，掌握一個(gè)原則即可：IP與模擬（包括模擬電話/模擬中繼/數(shù)字中繼）交接的節(jié)點(diǎn)設(shè)備消耗VoIP通道數(shù)，舉幾個(gè)簡單的例子：SDP:sessiondescriptionprotocol，會話描述協(xié)議，用來描述通信端口的媒體特性；在IP網(wǎng)絡(luò)中，媒體通信是用三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)確定的，即媒體格式，源和目的IP地址，源和目的的RTP端口。作為控制協(xié)議來說，他們在呼叫過程中的實(shí)質(zhì)就是在兩個(gè)或多個(gè)實(shí)體間交換上面三個(gè)關(guān)鍵信息。SDP總是嵌套在其他協(xié)議中使用，在SIP，H248，MGCP，H323協(xié)議中都有使用這種通信協(xié)議。為了在不同廠家、不通設(shè)備間，統(tǒng)一媒體通信的格式描述，定義了SDP（會話描述協(xié)議）來進(jìn)行統(tǒng)一。SDP會話描述協(xié)議ZXECS支持的編碼方式產(chǎn)品型號支持編解碼方式ZXECSIBX10000軟交換核心，支持信令轉(zhuǎn)發(fā)ZXECSIBX1000G.711A-Law/MU-Law、G.723.1、G.729、G.726ZXECSIBX500G.711A-Law/MU-Law、G.729AZXECSAG系列G.711A-Law/MU-Law、G.729A、G.723.1ZXECSTG系列G.711A-Law/MU-Law、G.729A、G.723.1VoIP的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省費(fèi)用地理無關(guān)和號碼漫游將語音網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合更多的功能，如視頻通話、多方通話、語音信箱、統(tǒng)一消息等開放的CTI接口及豐富的可擴(kuò)展功能，提供了呼叫中心、調(diào)度、傳真郵件、與多媒體視訊會議的互通等應(yīng)用及服務(wù)VoIP語音質(zhì)量的問題影響VoIP通話質(zhì)量的主要問題如下：包丟失（Packetloss）延時(shí)（Delay）抖動（Jitter，delayvariation）VoIP技術(shù)中有一種服務(wù)質(zhì)量保證技術(shù)，即QoS（QualityofService） 通過回聲消除、動態(tài)抖動緩沖區(qū)（JITTER

BUFFER）、靜音檢測技術(shù)（VAD）、舒適背景噪音生成（CNG）等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

靜音檢測技術(shù)和回聲消除技術(shù)是IP電話中十分關(guān)鍵的技術(shù)。靜音檢測技術(shù)可有效剔除靜默信號，從而使話音信號的占用帶寬進(jìn)一步降低到3.5Kbps左右；回聲消除技術(shù)主要利用數(shù)字濾波器技術(shù)來消除對通話質(zhì)量影響很大回聲干擾，保證通話質(zhì)量?；芈曄?避免聽到自己的回聲動態(tài)抖動緩沖區(qū)-保證對方聽到