企業(yè)IP電話解決方案-利用DSP技術(shù)與軟件

企業(yè)IP電話解決方案--利用DSP技術(shù)與軟件企業(yè)IP電話解決方案--利用DSP技術(shù)與軟件從最初的概念展示，一直到目前的廣泛應(yīng)用，VoIP（VoiceoverIP）市場的成長可說極為快速。透過VoIP閘道器的實際安裝布署，下一代的電信廠商不但已經(jīng)開始提供全球性的IP電話服務(wù)，其成本也低于傳統(tǒng)的通話方式。事實上，只要利用現(xiàn)有的封包網(wǎng)路基礎(chǔ)設(shè)施，然后再使用IP電話閘道器以及用戶端設(shè)備，廠商就可大幅降低電話服務(wù)的成本，這包括了語音與傳真服務(wù)。今天，在所有實際應(yīng)用的VoIP解決方案中，幾乎都可以看到數(shù)位信號處理器（DSP）的蹤跡，在這些解決方案的成功經(jīng)驗中，DSP晶片與軟體都扮演了極為重要的角色。目前，許多企業(yè)的電話系統(tǒng)都采用專屬的電話交換機(jī)設(shè)備，因此為了繼續(xù)支援這些服務(wù)，下一代的IP電話產(chǎn)品也會提供這些企業(yè)IP電話功能；這些IP電話將連接到企業(yè)的區(qū)域網(wǎng)路，減少企業(yè)所須的基礎(chǔ)設(shè)施與維護(hù)成本，并且將更多的新功能提供給企業(yè)用戶。值得注意的是，在IP電話的核心技術(shù)當(dāng)中，DSP解決方案將是重要的一部份。

實作的挑戰(zhàn)一、成本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)用就無從實現(xiàn)。因此，整合解決方案（晶片與軟體）不僅對于IP電話的功能實作極為重要，也將降低產(chǎn)品的成本。從這個角度來看，IP電話的核心解決方案（我們會在后面詳細(xì)介紹）必須滿足重要的價格點，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，都會處理電話的功能（使用者聲音以及相關(guān)的播號響鈴），然后傳送到一個封包網(wǎng)路；由于封包網(wǎng)路有其獨特的行為方式，因此若想用它來做出一套語音解決方案，就必須先克服一些困難的挑戰(zhàn)。舉例來說，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（通常被稱為jitter擾動），這在網(wǎng)路負(fù)載很大的情形下特別嚴(yán)重。而在運轉(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)來減輕這些網(wǎng)路因素的負(fù)面效應(yīng)，因此對于企業(yè)IP電話解決方案來說，應(yīng)該利用這些已安裝系統(tǒng)的成功經(jīng)驗，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)，因此它們的語音取樣速率就不限于傳統(tǒng)的8KHz頻寬（這會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；透過這樣的方式，IP電話可以大幅提升語音傳輸?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際的應(yīng)用之后，最初的使用者將會提供寶貴的回饋意見，具有創(chuàng)意的廠商則會在IP電話的核心平臺上，發(fā)展更多具有附加價值的功能特色。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電話廠商的主要競爭目標(biāo)。IP電話制造商將利用資源來增加使用者界面的價值，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)商來提供核心的VoIP技術(shù)。

IP電話解決方案的架構(gòu)語音界面會利用一顆編碼／解碼器，將手機(jī)或是麥克風(fēng)所傳來的類比聲音轉(zhuǎn)換成數(shù)位樣本資料；同樣的，處理器也會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，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)的基本語音功能，但是對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，將語音封包傳送給電話，并接收來自電話的語音封包。對企業(yè)的區(qū)域網(wǎng)路來說，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。為了避免對基礎(chǔ)設(shè)施的線路重新施工，IP電話應(yīng)該提供第二個RJ-45乙太網(wǎng)路插座，讓個人電腦可以直接使用這個插座，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按鍵（0-9,*,#）以及一個音響顯示器，后者是為了讓使用者知道有電話進(jìn)來；此外，許多電話也提供了一個小型的螢?zāi)?，可顯示使用者的提示符號、已經(jīng)撥入的號碼、來電者的電話號碼以及其它的資訊。當(dāng)IP電話制造商想將產(chǎn)品做出市場區(qū)隔的時候，這個使用者界面就是最主要的對象。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，包括語音處理、播號處理、通信協(xié)定處理以及網(wǎng)路管理軟體。在語音處理的部份，包含了語音壓縮、回音消除、撥號音的產(chǎn)生...等等；基本上，這些都屬于信號處理的范疇，在目前VoIP產(chǎn)品上，都是由DSP晶片來完成。至于撥號處理、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執(zhí)行。今天，DSP的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，而且在信號處理功能的執(zhí)行上，都采用了最佳化的設(shè)計，因此若要執(zhí)行這些語音相關(guān)功能，那么DSP不但是最有效的引擎，而且所須的時脈周期數(shù)目也會少于其它的處理器；這些優(yōu)點可以轉(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)行的語音處理功能之外，對于IP電話中的全雙工與半雙工通信功能來說，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)超過一般的付費電話，那么使用寬頻帶的語音編碼／解碼器也是方法之一。由于這兩項功能都需要信號處理的演算法，而且它們在DSP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)行語音和信號的處理，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，它還會把處理過的PCM樣本資料送回給類比界面。

2.

撥號音產(chǎn)生器:除了可產(chǎn)生撥號音之外，這項功能還會根據(jù)使用者界面所傳來的按鍵狀況，產(chǎn)生頻帶內(nèi)的雙音復(fù)頻信號數(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，避免說話者的聲音從墻壁、窗戶、家俱或是其它的地方反射回來，造成回音。

4.

聲音變化偵測器（VAD；VoiceActivityDetector):為了對頻寬做最有效的利用，我們必須偵測聲音的變化，并且視需要來啟動或是停止封包的傳輸。聲音變化偵測器所必須解決的最大問題，就是如何分辨說話的內(nèi)容以及伴隨而來的背景雜訊，我們可以利用這項功能來節(jié)省網(wǎng)路的頻寬，因為在一般的通話過程中，幾乎一半的時間都沒有人說話。

5.

舒適雜訊產(chǎn)生器:如果使用了聲音變化偵測器，在交談暫時中斷的時候，必需讓電話產(chǎn)生一定強(qiáng)度的雜訊，使另一端的聽者不會以為線路已經(jīng)中斷。舒適雜訊產(chǎn)生器以及聲音變化偵測器就會密切合作，以便提供強(qiáng)度和長度都很適當(dāng)?shù)碾s訊信號。

6.

語音的編碼／解碼器:對于使用者所傳來的資料流，則是由語音編碼／解碼器（vocoders）來進(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)，就必須支援一個寬頻帶的編碼／解碼器，也就是G.722（7khz語音頻帶寬）。

7.

封包補償（PacketPlayout）:針對網(wǎng)路傳輸?shù)难诱`、傳送過程的擾動以及封包的遺失，執(zhí)行適當(dāng)?shù)难a償處理。為了加強(qiáng)封包的補償效果，IP電話會使用許多的專屬技術(shù)。

8.

封包協(xié)定的封裝:對送至網(wǎng)路界面的封包語音資料進(jìn)行封裝。在VoIP的應(yīng)用產(chǎn)品中，這個封裝工作是由「即時傳送協(xié)定層」（RTP；Real-timeTransportProtocol）來進(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，并且增加應(yīng)用的信心。對于IP電話的制造商來說，若能在IP核心技術(shù)中采用已實證的DSP軟體，他們就可以把工作焦點放在具有附加價值的新功能，藉此對自己的產(chǎn)品做出市場區(qū)隔，并且縮短新產(chǎn)品上市時間。結(jié)論要克服IP電話解決方案所面對的挑戰(zhàn)，可重新程式規(guī)劃的DSP技術(shù)就扮演了一個重要的角色，因為它不