企业IP电话解决方案--利用DSP技术与软件

企业IP电话解决方案--利用DSP技术与软件,第1张

企业IP电话解决方案--利用DSP技术与软件

从最初的概念展示,一直到目前的广泛应用,VoIP(VoiceoverIP)市场的成长可说极为快速。透过VoIP闸道器的实际安装布署,下一代的电信厂商不但已经开始提供全球性的IP电话服务,其成本也低于传统的通话方式。事实上,只要利用现有的封包网路基础设施,然后再使用IP电话闸道器以及用户端设备,厂商就可大幅降低电话服务的成本,这包括了语音与传真服务。今天,在所有实际应用的VoIP解决方案中,几乎都可以看到数位信号处理器(DSP)的踪迹,在这些解决方案的成功经验中,DSP晶片与软体都扮演了极为重要的角色。目前,许多企业的电话系统都采用专属的电话交换机设备,因此为了继续支援这些服务,下一代的IP电话产品也会提供这些企业IP电话功能;这些IP电话将连接到企业的区域网路,减少企业所须的基础设施与维护成本,并且将更多的新功能提供给企业用户。值得注意的是,在IP电话的核心技术当中,DSP解决方案将是重要的一部份。
实作的挑战

一、成本

IP电话是以区域网路为连线基础,要让它们应用成功的关键因素就是降低产品的成本,否则就算这些IP电话能够做到它们所承诺的额外功能,但是成本却无法等于或是少于采用专属交换机的电话,那么IP电话的大规模应用就无从实现。因此,整合解决方案(晶片与软体)不仅对于IP电话的功能实作极为重要,也将降低产品的成本。从这个角度来看,IP电话的核心解决方案(我们会在后面详细介绍)必须满足重要的价格点,并且提供现有产品尚未具备的功能,这样才能取代采用专属交换机的电话系统。


二、品质

企业IP电话与VoIP闸道器相当类似,都会处理电话的功能(使用者声音以及相关的播号响铃),然后传送到一个封包网路;由于封包网路有其独特的行为方式,因此若想用它来做出一套语音解决方案,就必须先克服一些困难的挑战。举例来说,封包网路常发生一些状况,例如资料封包的遗失、封包传送的延误以及封包抵达速率的变动(通常被称为jitter扰动),这在网路负载很大的情形下特别严重。而在运转顺利的已安装VoIP解决方案中,都采用了适当的技术来减轻这些网路因素的负面效应,因此对于企业IP电话解决方案来说,应该利用这些已安装系统的成功经验,并且吸纳它们的功能特色。由于这些IP电话是以区域网路为基础传输架构,因此它们的语音取样速率就不限于传统的8KHz频宽(这会将声音的频宽限制为4KHz),反而可以采用频宽更广的编码/解码器;透过这样的方式,IP电话可以大幅提升语音传输的品质,让通话效果远胜于目前的电话系统。


三、延展性与d性

不仅在产品的功能特色上,IP电话必须满足现有的标准与需求,它还必须提供系统的延展扩充性,让产品增加更多的新功能。当第一批的IP电话解决方案投入了实际的应用之后,最初的使用者将会提供宝贵的回馈意见,具有创意的厂商则会在IP电话的核心平台上,发展更多具有附加价值的功能特色。要能够快速而有效率的延展扩充这些解决方案,关键要素在于IP电话架构中可重新程式规划的DSP技术。


四、产品上市时间

随着整合式IP电话解决方案的推出,如何尽快让IP电话产品上市,将成为IP电话厂商的主要竞争目标。IP电话制造商将利用资源来增加使用者界面的价值,并且提供完整的套装产品,然后藉重整合式解决方案的供应商来提供核心的VoIP技术。


IP电话解决方案的架构

语音界面会利用一颗编码/解码器,将手机或是麦克风所传来的类比声音转换成数位样本资料;同样的,处理器也会将所收到的资料传回给编码/解码器,并且将这些数位样本资料转换回声音讯号,然后再送到手机上的耳机或是喇叭。一颗编码/解码器就可以支援手机的基本语音功能,但是对于一支功能较完整的电话,例如喇叭与麦克风分开的扩音电话(speakerphone),我们就必须使用一颗双通道的编码/解码器。

网路界面可以协助企业的区域网路,将语音封包传送给电话,并接收来自电话的语音封包。对企业的区域网路来说,它通常是执行TCP/IP通信协定的10BaseT或是100BaseT乙太网路,因此IP电话解决方案也应支援这两种乙太网路传输速率。为了避免对基础设施的线路重新施工,IP电话应该提供第二个RJ-45乙太网路插座,让个人电脑可以直接使用这个插座,并且分享插座上的同一条线路。

使用者界面提供了一般电话的使用者显示与通话管理功能,其中至少必须包含一组拨号按键(0-9,*,#)以及一个音响显示器,后者是为了让使用者知道有电话进来;此外,许多电话也提供了一个小型的萤幕,可显示使用者的提示符号、已经拨入的号码、来电者的电话号码以及其它的资讯。当IP电话制造商想将产品做出市场区隔的时候,这个使用者界面就是最主要的对象。

处理器核心是IP电话的心脏,负责执行各种的电话功能,包括语音处理、播号处理、通信协定处理以及网路管理软体。在语音处理的部份,包含了语音压缩、回音消除、拨号音的产生...等等;基本上,这些都属于信号处理的范畴,在目前VoIP产品上,都是由DSP晶片来完成。至于拨号处理、通信协定的转换、网路的管理以及使用者界面的支援,这些则属于一般性的处理功能,是由一颗RISC处理器或是其它的微控制器元件来执行。

今天,DSP的应用已经相当广泛,而且在信号处理功能的执行上,都采用了最佳化的设计,因此若要执行这些语音相关功能,那么DSP不但是最有效的引擎,而且所须的时脉周期数目也会少于其它的处理器;这些优点可以转化成更少的晶片以及更短的程式码,于是产品就只需要更少的语音处理记忆体,将IP电话解决方案的成本减到最少。除了现有VoIP应用产品最常执行的语音处理功能之外,对于IP电话中的全双工与半双工通信功能来说,回音的消除与抑制也是提高通话品质的重要手段;另一方面,要让IP电话的通话品质超过一般的付费电话,那么使用宽频带的语音编码/解码器也是方法之一。由于这两项功能都需要信号处理的演算法,而且它们在DSP晶片上的执行也最有效率,因此在IP电话的架构中,就包含了一颗可重新程式规划的DSP处理器以及一颗微控制器单元-前者负责执行语音和信号的处理,后者责负责执行其它的功能。


DSP的功能特色
1. PCM界面:接收类比界面所传来的PCM样本资料,传送给适当的DSP软体模组,以便进行必要的处理工作;此外,它还会把处理过的PCM样本资料送回给类比界面。
2. 拨号音产生器:除了可产生拨号音之外,这项功能还会根据使用者界面所传来的按键状况,产生频带内的双音复频信号数字(DTMFdigits)给网路。
3. 回音消除器与抑制器:如果一部电话支援了全双工的扩音电话功能,那么就需要一个合于G.167标准的回音消除器,才能消除接收器麦克风所收录的回音;而半双工扩音电话则需要回音抑制的功能,避免说话者的声音从墙壁、窗户、家俱或是其它的地方反射回来,造成回音。
4. 声音变化侦测器(VAD;VoiceAcTIvityDetector):为了对频宽做最有效的利用,我们必须侦测声音的变化,并且视需要来启动或是停止封包的传输。声音变化侦测器所必须解决的最大问题,就是如何分辨说话的内容以及伴随而来的背景杂讯,我们可以利用这项功能来节省网路的频宽,因为在一般的通话过程中,几乎一半的时间都没有人说话。
5. 舒适杂讯产生器:如果使用了声音变化侦测器,在交谈暂时中断的时候,必需让电话产生一定强度的杂讯,使另一端的听者不会以为线路已经中断。舒适杂讯产生器以及声音变化侦测器就会密切合作,以便提供强度和长度都很适当的杂讯信号。
6. 语音的编码/解码器:对于使用者所传来的资料流,则是由语音编码/解码器(vocoders)来进行压缩与封装的处理工作;除了G.711编码标准之外,也需要普通的语音压缩标准,包括G.723.1A(5.3和6.3kbps)以及G.729AB(8kbps)。若要提供高传真度的声音品质,就必须支援一个宽频带的编码/解码器,也就是G.722(7khz语音频带宽)。
7. 封包补偿(PacketPlayout):针对网路传输的延误、传送过程的扰动以及封包的遗失,执行适当的补偿处理。为了加强封包的补偿效果,IP电话会使用许多的专属技术。
8. 封包协定的封装:对送至网路界面的封包语音资料进行封装。在VoIP的应用产品中,这个封装工作是由「即时传送协定层」(RTP;Real-TImeTransportProtocol)来进行,它则是直接在UDP上面执行。
利用现有的VoIPDSP软体,不但可满足企业IP电话的大部份品质要求,还可降低新产品的风险,并且增加应用的信心。对于IP电话的制造商来说,若能在IP核心技术中采用已实证的DSP软体,他们就可以把工作焦点放在具有附加价值的新功能,藉此对自己的产品做出市场区隔,并且缩短新产品上市时间。

结论

要克服IP电话解决方案所面对的挑战,可重新程式规划的DSP技术就扮演了一个重要的角色,因为它不但替最佳化的语音处理提供了一个基础,还让产品的升级与成长更有d性。随着VoIP闸道器、交换器以及用户端设备的广泛应用,它们不但解决了企业IP电话实作架构的许多问题,还降低了满足品质要求的风险,并且缩短产品上市的时间,这对于IP电话普及非常重要。最后,要让企业IP电话在市场上成功,关键是采用一套最佳设计的系统阶层解决方案(硬体与软体),然后再搭配适当的制程技术,以满足现在与未来市场的成本要求。

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