| 過(guò)去幾年里,通過(guò)Internet人們之間的數(shù)據(jù)交換變得非常頻繁。僅去年全世界的電子郵件數(shù)量就達(dá)到6.9萬(wàn)億之多。通過(guò)同一主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音傳輸?shù)膭?dòng)力越來(lái)越大。本文概述了語(yǔ)音數(shù)據(jù)綜合技術(shù),以及FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）在推動(dòng)語(yǔ)音數(shù)據(jù)綜合的作用。 語(yǔ)音數(shù)據(jù)綜合（IP語(yǔ)音傳輸協(xié)議） 語(yǔ)音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)綜合是指通過(guò)同一網(wǎng)絡(luò)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻的能力。VoIP語(yǔ)音傳輸,也稱(chēng)為IP電話(huà),就是采用Internet協(xié)議分組的形式進(jìn)行語(yǔ)音傳輸。 目前的語(yǔ)音電話(huà)基于電路交換基礎(chǔ)設(shè)施,采用PSTN網(wǎng)絡(luò)（公共交換電話(huà)網(wǎng)絡(luò)）。呼叫建立后,在整個(gè)呼叫持續(xù)時(shí)間內(nèi),PSTN系統(tǒng)為其保留一個(gè)64Kbps帶寬的固定端到端信道。一個(gè)語(yǔ)音呼叫通常不會(huì)占用整個(gè)信道帶寬。 在VoIP網(wǎng)絡(luò)中,語(yǔ)音的分組是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。VoIP還大大降低了需要的帶寬,因?yàn)榭梢酝瑫r(shí)傳輸多個(gè)分組。配合采用SSS7及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成呼叫的建立和釋放,同時(shí)還采用了地址解析協(xié)議（ARP）。語(yǔ)音IP分組的傳輸過(guò)程過(guò)程是這樣的： *步驟1：將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成性脈碼調(diào)制（PCM）數(shù)字位流（每125μs 16位）; *步驟2：從PCM位流中去除線(xiàn)路回聲,并通過(guò)分析進(jìn)行靜音壓縮和音調(diào)檢測(cè); *步驟3：將最終的PCM樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音幀,再通過(guò)語(yǔ)音編碼器進(jìn)行壓縮。G.729a采用10字節(jié)語(yǔ)音數(shù)據(jù)表示10ms的語(yǔ)音。它可將129kbps的線(xiàn)性PCM位流壓縮為8kpbs; *步驟4：語(yǔ)音幀集成到語(yǔ)音分組中。首先,生成一個(gè)具有12字節(jié)標(biāo)頭的RTP分組。然后再加下一個(gè)包含源及目標(biāo)地址的8字節(jié)UDP分組。最后,再加上包含源及目標(biāo)IP地址的20字節(jié)IP標(biāo)頭; *步驟5：分組通過(guò)Internet傳輸,路由器和交換機(jī)檢查目標(biāo)地址并鈄分組傳送到目標(biāo)地址。IP路由可能會(huì)越過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò)并通過(guò)許多節(jié)點(diǎn); *步驟6：當(dāng)目標(biāo)接收到分組后,分組經(jīng)過(guò)相反的過(guò)程實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的回放。
IP分組是按順序編號(hào)后傳送到目標(biāo)地址的。接收端必須按正確的次序?qū)⒎纸M重組（當(dāng)分組到達(dá)次序變化時(shí)）以產(chǎn)生語(yǔ)音。IP地址和電話(huà)號(hào)碼也必須正確地進(jìn)行映像。 市場(chǎng) 1998年的VoIP設(shè)備銷(xiāo)售達(dá)6100萬(wàn)美元,預(yù)計(jì)到2003年時(shí)將超過(guò)38億美元。VoIP市場(chǎng)也將從2000年時(shí)的77億分鐘,發(fā)展到2005年時(shí)的5000億分鐘。還預(yù)測(cè)VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)備的市場(chǎng)將從2000年的12億美元增長(zhǎng)到2005年的100億美元。 VoIP的變化形式 *IP傳真（Fax over IP,FoIP）采用VoIP類(lèi)似的技術(shù)提供傳真服務(wù); *DSL語(yǔ)音（Voice over DSL,VoDSL）通過(guò)DSL網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行VoIP傳輸。VoIP網(wǎng)關(guān)將VoIP業(yè)務(wù)連接到一個(gè)5類(lèi)語(yǔ)音交換網(wǎng)絡(luò)和PSTN網(wǎng)絡(luò), *有線(xiàn)電視電纜語(yǔ)音傳輸（Voice over Cable,VoCable）采用有線(xiàn)電視電纜基礎(chǔ)設(shè)施提供Internet和語(yǔ)音傳輸服務(wù)。 設(shè)計(jì)IP語(yǔ)音系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn) 為了實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的綜合,需要克服幾個(gè)障礙。如要在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)有效地滿(mǎn)足本質(zhì)上不同的兩類(lèi)業(yè)務(wù)傳輸?shù)囊�。語(yǔ)音和視（多媒體）流需要恒定的帶寬,并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延遲很敏感。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則是猝發(fā)式的,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延遲相對(duì)不那么敏感。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)連接本質(zhì)意味著：不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上競(jìng)爭(zhēng)帶寬的。 雖然專(zhuān)用分機(jī)交換（PBX）設(shè)備基于專(zhuān)用設(shè)計(jì),IP電話(huà)產(chǎn)品則完全基于Internet協(xié)議,而且是一個(gè)基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的不斷演化的技術(shù)。設(shè)計(jì)人員需要遵守標(biāo)準(zhǔn),因此為產(chǎn)品的驗(yàn)證和測(cè)試帶來(lái)很大的工作量。 VoIP產(chǎn)品的語(yǔ)音質(zhì)量還必須能夠與電話(huà)交換系統(tǒng)的質(zhì)量相比。影響語(yǔ)音質(zhì)量的因素包括線(xiàn)路噪聲、回聲、采用的語(yǔ)音編碼及網(wǎng)絡(luò)延遲。此外還需要在IP分組交換網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提供與電路交換網(wǎng)絡(luò)相似的特性,如呼叫等待、免費(fèi)號(hào)碼、信用卡付費(fèi)、來(lái)電ID顯示以及三方呼叫等。 綜合網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行語(yǔ)音和視頻的傳輸必須支持服務(wù)質(zhì)量（QoS）。QoS是指網(wǎng)絡(luò)向用戶(hù)提供可保證的服務(wù)水平的能力。服務(wù)水平通常包括諸如最小帶寬、最大延遲以及抖動(dòng)（延遲的變化）等的參數(shù)。 VoIP語(yǔ)音處理 語(yǔ)音處理功能包括下述內(nèi)容： *PCM接口 處理PCM數(shù)據(jù),功能包括壓縮擴(kuò)展及再取樣等。這一模塊還包括雙音頻產(chǎn)生器,負(fù)責(zé)產(chǎn)生雙音多頻信號(hào)和呼叫過(guò)程所需要的音頻信號(hào); *回聲抑制單元根據(jù)ITU G.165或G.168標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全雙工的語(yǔ)音端口信號(hào)進(jìn)行回聲抑制; *語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)器在靜默時(shí),沒(méi)有語(yǔ)音信號(hào)的情況下,限制分組數(shù)據(jù)的傳送; *音頻檢測(cè)器檢測(cè)接收到的雙音多頻信號(hào),并分辨語(yǔ)音和傳真的信號(hào); *語(yǔ)音編碼單元對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)壓縮以后傳輸。在VoIP應(yīng)用中有幾種不同的編碼解碼方法可用來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音數(shù)據(jù)流的壓縮。表1比較了不同的ITU編碼解碼方法。MOS（平均主觀分?jǐn)?shù)）是通過(guò)主觀的評(píng)價(jià)過(guò)程就聲音質(zhì)量所打出的平均分?jǐn)?shù); *語(yǔ)音播放使接收到的分組緩沖,并將之輸入到語(yǔ)音編碼解碼電路中解碼進(jìn)行回放; *分組語(yǔ)音協(xié)議 使壓縮后的語(yǔ)音數(shù)據(jù)封裝,以便通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
利用FPGA實(shí)現(xiàn)VoIP產(chǎn)品 大容量VoIP網(wǎng)關(guān) VoIP網(wǎng)關(guān)支持上百條線(xiàn)路,但預(yù)見(jiàn)到VoIP將從試驗(yàn)階段進(jìn)入成熟采用階段,系統(tǒng)供應(yīng)商正致力于將密度提高到上千的范圍。
表1 語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn) |
66821730(技術(shù)支持)
