(最终稿)-IP电话通话质量问题的研究与解决方案Word版

I P 电话通话质量问题的研究与解决方案

（王瑶 200910010012 09信科1班）

摘要：近年来，VoIp(Voice over Ip)技术及其业务的迅速发展，对传统的电信业务造成了巨大的冲击。用IP 网络代替昂贵的传统传输网络，从而大大的降低了通信成本，节省了通话费用。因此在IP 网络上开展语音业务已成为大势所趋，具有不可限量的发展前途。但是作为一项新的系统工程，IP 电话技术还有广阔的研究空间。因此，提高IP 电话的通话质量是当前急需解决的问题。本文介绍了IP 电话的发展及IP 电话的基本理论，并就时延、抖动、丢包三方面对IP 电话的语音质量问题进行分析以及提高的途径。最后提出了一种分级预留带宽接纳策略，以提高网络资源的利用率及接纳的公平性，并在其语音质量提出改进。 关键词：IP 电话；语音通话质量；时延；抖动；丢包

引言

随着Internet 的不断发展壮大，我国通信业的实力进一步加强，网络技术层次也进一步提高，电信网络逐步向综合化、智能化、个人化发展，人们已不再满足于传输语音信息，因特网已可以提供各种高速数据、多媒体通信、图像通信、视频点播等业务。在市场需求和技术进步的推动下，新兴的IP 电话技术应运而生。

IP 电话泛指在以IP 为网络层协议的计算机网络中进行语音通信的系统，它采用的技术统称为VoIP(Voice over IP)，即IP 网络上传送话音⑴。IP 电话是通过IP 网络来实现话音业务传输的一种技术，自 1995 年以来得到了迅猛地发展，目前已成为数据语音通信中最有竞争力的技术之一。它是建立在IP 技术基础上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是通过语音压缩算法对语音进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按照IP 等相关协议打包，然后经IP 网络把数据包传送到目的地，再经过一系列相反的操作还原出原始的语音数据，从而达到由IP 网络传送语音的目的。

IP 电话的优势是提高了实时话音通信的带宽使用效率，在许多情况下甚至提高到了十倍。它能够建立新的服务，包括网络呼叫中心、 远程通信等。它还可以同现有的 PSTN 专线和拨号线路、 企业局域网 (LAN)以及 Internet 等连接使用⑵。随着IP 电话的不断发展，其所占有的市场越来越大。但是IP 电话的语音质量仍然是一个重要的问题。

正文

IP 电话的语音通话质量一直是人们非常关注的问题。由于在IP 网络中采用的是尽力而为的传输机制，并不能保证数据的可靠传输，处于发展初期的口电话的通话质量是比不过传统电话的通话质量的。但是由于IP 电话的费率远远低于传统电话，人们在目前这个阶段还可以接受这种服务质量。但是随着传统电信公司为应对竞争而降低长途资费，IP 电话的质量问题必会日益凸显出来。后起之秀的IP 电话要想在电话市场中赢得一席之地，甚至超过传统电话，它的

通话质量水平必须提升到一个较高的水准，最起码要与传统长话质量相接近，而其最终的目标应该是达到甚至超过传统长话质量。因此，如何提高IP语音通信的质量就成为当前IP电话领域的一个研究热点和难点。

1．IP电话网关

IP电话系统最重要的部分就是 IP电话网关(Gateway) ，它将普通电话机与Internet 连接起来，起到了桥梁的作用。用户通过普通双音频电话机拨叫本地IP电话网关，然后根据语音提示再拨叫被叫电话的号码，网关将通过被叫号码找到另一端网关的 IP地址。电话接通后， IP电话网关A即可将普通电话机送来的语音信号经编码、压缩后，根据对方网关的 IP地址，通过 Internet 实时地传送到另一端的网关B 上，网关B 将网关A送出的数据再经解码、解压后，通过电话线将声音送到电话机上，完成了一次 IP电话的呼叫。

IP电话的基本工作原理是：在发送端，将输入的模拟语音信号经过采样、量化、编码转换成数字形式的脉冲编码调制 (PCM)信号，再经过数据压缩后进行分组、打包，然后在分组网上进行传输。在接收端，将到达的语音数据包进行拆包、重组，再经过解压、解码等步骤恢复成话音信号，送至受话者，如图1所示。

图1

2．IP电话的通话质量

（1）影响话音质量的因素分析

IP网络采用的机制是尽力方式传送IP数据包，数据分组在分组网络中传输时会由于网络的传输差错、语音处理、网络拥塞等原因造成分组丢失、传输时延和时延抖动，使得用户听到的话音会出现不连贯甚至中断的现象，无法为对服务质量要求很高的业务提供质量保证。下面就时延、抖动、丢包这三个因素对通话

⑷

质量的影响进行讨论。

时延：时延是指说话人开始说话到受话人听到所说内容的时间，时延对话音通信的影响主要在于引入回声和交互性的丧失。ITU—U建议G．114和G．131描述了时延参数对普通电话呼叫的影响”：正常情况下端到端时延大于25ms时，或者虽然试验小于25ms，但回声水平非常大时，要加入回声抑制。当回声得到充分抑制时，150

ms以下的时延，对于大多数应用来说是可以接受的；150ms到400ms之间的时延，在用户预知时延情况的前提下，是可以接受的：大于400ms的时延，即使完全没有回音，已有l0％的人感觉到通话困难，它的语音质量基本上是不可接受的。

时延对通话质量的影响

在局域网测试时，时延比较小，通话质量比较高；在广域网测试时，时延比较大，通话质量稍低一些，如表1所示。

抖动：分组传输中的抖动也会严重影响实时语音业务的质量。话音分组以近似等间隔从源端发出，但在网络传输过程中的排队和服务处理时会存在差异，使其不再是等时间间隔到达目标端点，即有时延抖动。而话音解码器通常需要接近恒速率的输入码流，时延抖动的存在会影响其正常工作。有效改善分组传输抖动的方法是增加接收端的缓存，利用缓存来消除到达的数据分组之间时间间隔的差异；或者在终端进行去抖动操作。通常的方法为加入去抖动缓冲器，对分组进行延时缓冲平滑。这样做虽然可以减少时延抖动，但会增加接收端的处理时延。

丢包：遵循尽力规则的IP层并不能保证将数据报正确递送到目的端，实时语音传输一般用不保证可靠传输的UDP协议来传送语音数据分组以提高传输的实时性。语音数据分组出现丢失情况时，如果是偶然一个数据丢失，上层应用可以根据～定的机制恢复该数据分组，以保证语音质量。当出现连续分组丢失情况时，就会影响话音质量。一般来说在语音传输中分组丢失率3％～5％是允许的。

由于IP电话是在因特网基础上发展起来的一种语音传输方案，因此它是一种面向无连接的应用，其数据传输遵循一种“尽力而为” (best effort)的原则。IP语音包从远端发出后，其所经路径并不确定，时延无法保证，丢包也不可预料。网络时延和时延抖动随着网络状况的好坏而变化，具有不可预测性和不确定性。同时，任何一个传输系统必将受到带宽的限制，网络传输也不例外，如果网络丢包数量达到某一极限，也将引起语音质量的下降。对于IP电话而言，保证其QoS即是保证语音传输的最低延迟及减少丢包率。IP电话与传统电话一样，系统延迟门限为400ms，只有将端到端的延迟降低到400ms以下，丢包率降低到5％以下，此时才能保证IP电话具有与传统电话相当的语音质量。

（2）解决这些问题的办法及相关技术如下所述：