企業(yè)IP電話解決方案--利用DSP技術(shù)與軟件

IP電話是以區(qū)域網(wǎng)路為連線基礎(chǔ)，要讓它們應(yīng)用成功的關(guān)鍵因素就是降低產(chǎn)品的成本，否則就算這些IP電話能夠做到它們所承諾的額外功能，但是成本卻無(wú)法等于或是少于采用專屬交換機(jī)的電話，那么IP電話的大規(guī)模應(yīng)用就無(wú)從實(shí)現(xiàn)。因此，整合解決方案（晶片與軟體）不僅對(duì)于IP電話的功能實(shí)作極為重要，也將降低產(chǎn)品的成本。從這個(gè)角度來(lái)看，IP電話的核心解決方案（我們會(huì)在后面詳細(xì)介紹）必須滿足重要的價(jià)格點(diǎn)，并且提供現(xiàn)有產(chǎn)品尚未具備的功能，這樣才能取代采用專屬交換機(jī)的電話系統(tǒng)。

二、品質(zhì)

企業(yè)IP電話與VoIP閘道器相當(dāng)類似，都會(huì)處理電話的功能（使用者聲音以及相關(guān)的播號(hào)響鈴），然后傳送到一個(gè)封包網(wǎng)路；由于封包網(wǎng)路有其獨(dú)特的行為方式，因此若想用它來(lái)做出一套語(yǔ)音解決方案，就必須先克服一些困難的挑戰(zhàn)。舉例來(lái)說(shuō)，封包網(wǎng)路常發(fā)生一些狀況，例如資料封包的遺失、封包傳送的延誤以及封包抵達(dá)速率的變動(dòng)（通常被稱為jitter擾動(dòng)），這在網(wǎng)路負(fù)載很大的情形下特別嚴(yán)重。而在運(yùn)轉(zhuǎn)順利的已安裝VoIP解決方案中，都采用了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)減輕這些網(wǎng)路因素的負(fù)面效應(yīng)，因此對(duì)于企業(yè)IP電話解決方案來(lái)說(shuō)，應(yīng)該利用這些已安裝系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，并且吸納它們的功能特色。由于這些IP電話是以區(qū)域網(wǎng)路為基礎(chǔ)傳輸架構(gòu)，因此它們的語(yǔ)音取樣速率就不限于傳統(tǒng)的8KHz頻寬（這會(huì)將聲音的頻寬限制為4KHz），反而可以采用頻寬更廣的編碼／解碼器；透過(guò)這樣的方式，IP電話可以大幅提升語(yǔ)音傳輸?shù)钠焚|(zhì)，讓通話效果遠(yuǎn)勝于目前的電話系統(tǒng)。

三、延展性與彈性

不僅在產(chǎn)品的功能特色上，IP電話必須滿足現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)與需求，它還必須提供系統(tǒng)的延展擴(kuò)充性，讓產(chǎn)品增加更多的新功能。當(dāng)?shù)谝慌腎P電話解決方案投入了實(shí)際的應(yīng)用之后，最初的使用者將會(huì)提供寶貴的回饋意見(jiàn)，具有創(chuàng)意的廠商則會(huì)在IP電話的核心平臺(tái)上，發(fā)展更多具有附加價(jià)值的功能特色。要能夠快速而有效率的延展擴(kuò)充這些解決方案，關(guān)鍵要素在于IP電話架構(gòu)中可重新程式規(guī)劃的DSP技術(shù)。

四、產(chǎn)品上市時(shí)間

隨著整合式IP電話解決方案的推出，如何盡快讓IP電話產(chǎn)品上市，將成為IP電話廠商的主要競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)。IP電話制造商將利用資源來(lái)增加使用者界面的價(jià)值，并且提供完整的套裝產(chǎn)品，然后藉重整合式解決方案的供應(yīng)商來(lái)提供核心的VoIP技術(shù)。

IP電話解決方案的架構(gòu)

語(yǔ)音界面會(huì)利用一顆編碼／解碼器，將手機(jī)或是麥克風(fēng)所傳來(lái)的類比聲音轉(zhuǎn)換成數(shù)位樣本資料；同樣的，處理器也會(huì)將所收到的資料傳回給編碼／解碼器，并且將這些數(shù)位樣本資料轉(zhuǎn)換回聲音訊號(hào)，然后再送到手機(jī)上的耳機(jī)或是喇叭。一顆編碼／解碼器就可以支援手機(jī)的基本語(yǔ)音功能，但是對(duì)于一支功能較完整的電話，例如喇叭與麥克風(fēng)分開的擴(kuò)音電話（speakerphone），我們就必須使用一顆雙通道的編碼／解碼器。

網(wǎng)路界面可以協(xié)助企業(yè)的區(qū)域網(wǎng)路，將語(yǔ)音封包傳送給電話，并接收來(lái)自電話的語(yǔ)音封包。對(duì)企業(yè)的區(qū)域網(wǎng)路來(lái)說(shuō)，它通常是執(zhí)行TCP/IP通信協(xié)定的10BaseT或是100BaseT乙太網(wǎng)路，因此IP電話解決方案也應(yīng)支援這兩種乙太網(wǎng)路傳輸速率。為了避免對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的線路重新施工，IP電話應(yīng)該提供第二個(gè)RJ-45乙太網(wǎng)路插座，讓個(gè)人電腦可以直接使用這個(gè)插座，并且分享插座上的同一條線路。

使用者界面提供了一般電話的使用者顯示與通話管理功能，其中至少必須包含一組撥號(hào)按鍵（0-9,*,#）以及一個(gè)音響顯示器，后者是為了讓使用者知道有電話進(jìn)來(lái)；此外，許多電話也提供了一個(gè)小型的螢?zāi)?，可顯示使用者的提示符號(hào)、已經(jīng)撥入的號(hào)碼、來(lái)電者的電話號(hào)碼以及其它的資訊。當(dāng)IP電話制造商想將產(chǎn)品做出市場(chǎng)區(qū)隔的時(shí)候，這個(gè)使用者界面就是最主要的對(duì)象。

處理器核心是IP電話的心臟，負(fù)責(zé)執(zhí)行各種的電話功能，包括語(yǔ)音處理、播號(hào)處理、通信協(xié)定處理以及網(wǎng)路管理軟體。在語(yǔ)音處理的部份，包含了語(yǔ)音壓縮、回音消除、撥號(hào)音的產(chǎn)生...等等；基本上，這些都屬于信號(hào)處理的范疇，在目前VoIP產(chǎn)品上，都是由DSP晶片來(lái)完成。至于撥號(hào)處理、通信協(xié)定的轉(zhuǎn)換、網(wǎng)路的管理以及使用者界面的支援，這些則屬于一般性的處理功能，是由一顆RISC處理器或是其它的微控制器元件來(lái)執(zhí)行。

今天，DSP的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，而且在信號(hào)處理功能的執(zhí)行上，都采用了最佳化的設(shè)計(jì)，因此若要執(zhí)行這些語(yǔ)音相關(guān)功能，那么DSP不但是最有效的引擎，而且所須的時(shí)脈周期數(shù)目也會(huì)少于其它的處理器；這些優(yōu)點(diǎn)可以轉(zhuǎn)化成更少的晶片以及更短的程式碼，于是產(chǎn)品就只需要更少的語(yǔ)音處理記憶體，將IP電話解決方案的成本減到最少。除了現(xiàn)有VoIP應(yīng)用產(chǎn)品最常執(zhí)行的語(yǔ)音處理功能之外，對(duì)于IP電話中的全雙工與半雙工通信功能來(lái)說(shuō)，回音的消除與抑制也是提高通話品質(zhì)的重要手段；另一方面，要讓IP電話的通話品質(zhì)超過(guò)一般的付費(fèi)電話，那么使用寬頻帶的語(yǔ)音編碼／解碼器也是方法之一。由于這兩項(xiàng)功能都需要信號(hào)處理的演算法，而且它們?cè)贒SP晶片上的執(zhí)行也最有效率，因此在IP電話的架構(gòu)中，就包含了一顆可重新程式規(guī)劃的DSP處理器以及一顆微控制器單元－前者負(fù)責(zé)執(zhí)行語(yǔ)音和信號(hào)的處理，后者責(zé)負(fù)責(zé)執(zhí)行其它的功能。

DSP的功能特色
1.?PCM界面:接收類比界面所傳來(lái)的PCM樣本資料，傳送給適當(dāng)?shù)腄SP軟體模組，以便進(jìn)行必要的處理工作；此外，它還會(huì)把處理過(guò)的PCM樣本資料送回給類比界面。
2.?撥號(hào)音產(chǎn)生器:除了可產(chǎn)生撥號(hào)音之外，這項(xiàng)功能還會(huì)根據(jù)使用者界面所傳來(lái)的按鍵狀況，產(chǎn)生頻帶內(nèi)的雙音復(fù)頻信號(hào)數(shù)字（DTMFdigits）給網(wǎng)路。
3.?回音消除器與抑制器:如果一部電話支援了全雙工的擴(kuò)音電話功能，那么就需要一個(gè)合于G.167標(biāo)準(zhǔn)的回音消除器，才能消除接收器麥克風(fēng)所收錄的回音；而半雙工擴(kuò)音電話則需要回音抑制的功能，避免說(shuō)話者的聲音從墻壁、窗戶、家俱或是其它的地方反射回來(lái)，造成回音。
4.?聲音變化偵測(cè)器（VAD；VoiceActivityDetector):為了對(duì)頻寬做最有效的利用，我們必須偵測(cè)聲音的變化，并且視需要來(lái)啟動(dòng)或是停止封包的傳輸。聲音變化偵測(cè)器所必須解決的最大問(wèn)題，就是如何分辨說(shuō)話的內(nèi)容以及伴隨而來(lái)的背景雜訊，我們可以利用這項(xiàng)功能來(lái)節(jié)省網(wǎng)路的頻寬，因?yàn)樵谝话愕耐ㄔ掃^(guò)程中，幾乎一半的時(shí)間都沒(méi)有人說(shuō)話。
5.?舒適雜訊產(chǎn)生器:如果使用了聲音變化偵測(cè)器，在交談暫時(shí)中斷的時(shí)候，必需讓電話產(chǎn)生一定強(qiáng)度的雜訊，使另一端的聽(tīng)者不會(huì)以為線路已經(jīng)中斷。舒適雜訊產(chǎn)生器以及聲音變化偵測(cè)器就會(huì)密切合作，以便提供強(qiáng)度和長(zhǎng)度都很適當(dāng)?shù)碾s訊信號(hào)。
6.?語(yǔ)音的編碼／解碼器:對(duì)于使用者所傳來(lái)的資料流，則是由語(yǔ)音編碼／解碼器（vocoders）來(lái)進(jìn)行壓縮與封裝的處理工作；除了G.711編碼標(biāo)準(zhǔn)之外，也需要普通的語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，包括G.723.1A（5.3和6.3kbps）以及G.729AB（8kbps）。若要提供高傳真度的聲音品質(zhì)，就必須支援一個(gè)寬頻帶的編碼／解碼器，也就是G.722（7khz語(yǔ)音頻帶寬）。
7.?封包補(bǔ)償（PacketPlayout）:針對(duì)網(wǎng)路傳輸?shù)难诱`、傳送過(guò)程的擾動(dòng)以及封包的遺失，執(zhí)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償處理。為了加強(qiáng)封包的補(bǔ)償效果，IP電話會(huì)使用許多的專屬技術(shù)。
8.?封包協(xié)定的封裝:對(duì)送至網(wǎng)路界面的封包語(yǔ)音資料進(jìn)行封裝。在VoIP的應(yīng)用產(chǎn)品中，這個(gè)封裝工作是由「即時(shí)傳送協(xié)定層」（RTP；Real-timeTransportProtocol）來(lái)進(jìn)行，它則是直接在UDP上面執(zhí)行。
利用現(xiàn)有的VoIPDSP軟體，不但可滿足企業(yè)IP電話的大部份品質(zhì)要求，還可降低新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)，并且增加應(yīng)用的信心。對(duì)于IP電話的制造商來(lái)說(shuō)，若能在IP核心技術(shù)中采用已實(shí)證的DSP軟體，他們就可以把工作焦點(diǎn)放在具有附加價(jià)值的新功能，藉此對(duì)自己的產(chǎn)品做出市場(chǎng)區(qū)隔，并且縮短新產(chǎn)品上市時(shí)間。

結(jié)論