网络电话实现设计

IP电话简介

1 目标

近年来,随着我国国民经济的迅速发展和改革开放的进一步深人，国内和国际间的信息交流日益频繁。目前这种交流主要是通过电话进行的，但长途电话费用昂贵，尤其是国际间的通话费，更使得寻常百姓望而却步。但近几年，随着因特网技术的飞速发展，一种新兴的廉价电话服务方式—IP Phone(因特网电话)悄然走入人们的生活，仅需付现在长途通话费用的1/10便可以享用同普通电话同样质量的语音服务。因此，发展因特网电话有很大的优势，将成为语音通话中的强有力的竞争对手。

2 IP电话原理

IP电话是利用因特网作为传输媒体实现计算机与计算机、普通电话与普通电话、计算机与普通电话之间进行话音通信的技术。图1表示两个远地节点（A地和B地）间的IP电话的通信模式，其中LPSTN(Local Public Service Telephone Network)代表本地电话网。它和人们所普遍使用的电话不同,普通电话是采用程控交换技术，通过公共电话网(PSTN)传送模拟话音信号，而且通话双方一旦建立连接，便独占一条电路通道，直到通话完毕拆除连接。而IP电话则是采用包(IP包)交换技术，借助因特网传送经过语音编码处理的数字信号，在双方通话期间所建立的通道上,可同时传送其它多媒体数据(视频、图像、文本等)。IP电话的基本工作原理是：由专门的设备或软件将呼叫方的话音信号采样并数字化，经过压缩，打包

成可在IP网络传输的IP数据包，通过IP路由机制传给到对方。对方的专门IP电话设备或软件在接收到语音IP包后进行解压缩，还原成模拟信号传到电话听筒。

在普通电话之间进行IP语音通信，必须通过在电话网和因特网间配置IP网关来实现。IP网关是将电话网与因特网融合，实现二者间互通的核心设备，实现电话网的信令协议与IP数据网协议的相互转换。IP网关由硬件层、软件模块层、维护管理层、控制接口层组成(图2所示)，其中软件模块层又包括语音信号处理、PSTN呼叫控制、IP呼叫管理、IP呼叫控制、数据传输、DSP管理软件包等。而语音信号处理包括语音压缩技术、编码算法、回波抵消和DTMF检测功能。由于IP电话利用了分组交换和统计复用技术，实现了语音、数据的综合传输，从而克服了传统电话对紧缺通信带宽的高额消耗(一路电话话音占用64KbsP带宽)，它只需要6一8Kbps(甚至低于 2.4Kbps),大大节省了通信带宽，使得整个网络的运营成本大幅度降低。这对于渴望减少巨额国际传统电话费的公司来说，用Internet传输语音流带来的好处是显而易的。

Telephone

Telephone

PC

PC IP Gateway IP Gateway

A 地

B 地

Internet

LPSTN LPSTN

图1 IP 电话的通信模式

图2 IP 电话网关的组成

3 IP 电话的关键技术

以上分析的是IP 电话的工作原理，下面结合IP 电话的工作原理介绍其使用的关键技术。

3.1 话音压缩技术

IP 电话技术的基础是话音压缩技术，ITU 于1995年11月通过的G.729是IP 电话采用的话音压缩标准。G.729算法被称作CS 一ACELP(Conjugate Structured 一Algebraic Code Excited linear

Predictive)即对生结构代数码激励线性预测，它是在标准PCM或线性PCM话音采样的基础上，每10ms生成一个10字节的话音帧，可以将普通话音编码成8Kbps的传输话音，话音质量与32Kbps的ADPCM(G.724)相同。CS一ACELP也是为先进的定点运算数字处理器设计的。

3.2回声消除技术

在PBX或局用交换机侧，有少量电信号的能量未被充分转换，沿原路返回，形成回声。如果打电话者离PBX或交换机不远，回声返回很快，人耳感觉不出来。但当回声返回时间超过10ms时，回声就会严重影响通话质量。为了消除回声，一般采用回声消除技术，在处理器中有特殊的软件代码监听回声信号，并将它从听话人的语音信号中消除。对于IP电话设备，回声消除技术特别重要，因为利用IP网进行长途通话，时延很容易达到40ms一50ms。

3.3 静噪抑制技术

在实际的电话通话过程中，由于当一方在讲话时，另一方在听，而且讲话过程中有大量显著的停顿，只有36%-40%的信号是活动或有效的，大部分是停顿时间。利用静噪抑制技术，可以检测出双方通话过程中的停顿时段，并在该时段停止发送语音包。从而可以节省大量宝贵的网络带宽资源，用于其它话音或数据通信。

3.4 话音抖动处理

IP网络的一个特征就是网络延时与网络抖动，为了防止语音抖动，人们采用抖动缓冲技术，即在接收方设定一个缓冲池，话音包

到达时首先进人缓冲池暂存，系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲池中取出、解压、然后播放给受话者。这种缓冲技术可以在一定限度内有效处理话音抖动，并提高音质。

3.5话音优先技术

由于话音通信实时性要求较高，为了提供高音质的IP电话通信，在广域网带宽不足(拥挤)的IP网络上，一般需要话音优先技术。当WAN带宽低于512Kbps时，一般在IP网络路由器中设定话音包的优先级为最高，路由器一旦发现话音包，就会将其插入到IP包队列的最前面，以便优先发送。这样，网络的延时与抖动情况对话音通信的影响均将得到改善。

另一种技术是采用资源预留协议(RSVP)为话音通信预留带宽。只要有话音呼叫请求，网络就根据规则为话音通信预留出设定带宽，直到通话结束才释放带宽。

今天的技术已经做到平均每条话音中继线的通信量仅占1Kbps 一2Kbps，为64Kbps广域网带宽的3%。而传统电话网中，一路话音要占64Kbps，这正是IP电话比传统电话省钱的原因。

3.6 IP包分割技术

因特网上的IP数据包，可达到千字节以上。若用来传送语音，则会严重影响话音质量。为此，需要根据网络带宽，分割IP语音包的大小。理论和实践证明，表1可作为实际IP包的分割原则。

表1 广域网带宽与语音IP包大小的关系