1、Ip電話的實現(xiàn)方式
1、IP電話的實現(xiàn)方式
棗由于傳統(tǒng)PSTN的廣泛存在性等歷史淵源，在相當長一段時間內(nèi)，新興的IP電話系統(tǒng)要充分發(fā)揮其優(yōu)勢，就必須考慮與PSTN的互通問題。這就要在IP網(wǎng)與PSTN交換機之間配置IP電話網(wǎng)關(guān)，以實現(xiàn)媒體流與控制信令的互連互通。這樣IP電話就有了4種方式：電話到電話、電話到PC、PC到電話和PC到PC，如下圖所示。
a.電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機連到IP電話網(wǎng)關(guān)，用電話號碼穿過IP網(wǎng)進行呼叫。發(fā)端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯電話號碼/網(wǎng)關(guān)IP地址，發(fā)起IP電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成話音編碼和打包。收端的網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。
b.對于電話到PC或是PC到電話的情況，是由網(wǎng)關(guān)來完成IP地址和電話號碼的對應(yīng)和翻譯，以及話音編解碼和打包。
c.PC到PC方式下，多媒體PC經(jīng)過電話線或局域網(wǎng)連接到Internet上，利用IP地址進行呼叫。話音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源完成。
2.1系統(tǒng)簡介
IP電話系統(tǒng)把來自普通電話的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機可聯(lián)入Internet傳送的數(shù)據(jù)包，同時也將收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的模擬電信號。經(jīng)過IP電話系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占用8-11kbit/s，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為64kbit/s的路由時，IP電話數(shù)是原來的5-8倍。
2.2 Iphone系統(tǒng)的基本組成
IP電話系統(tǒng)是由一系列組件構(gòu)成的，其中包括：終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守、網(wǎng)管服務(wù)器、記帳服務(wù)器等。IP電話系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
在上圖中，Internet網(wǎng)關(guān)提供Internet網(wǎng)和電話網(wǎng)之間的接口，用戶通過PSTN本地環(huán)路連接到Internet的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負責把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并壓縮打包，成為可以在Internet上傳輸?shù)姆纸M語音信號，然后通過Internet傳送到被叫用戶的網(wǎng)關(guān)端，由被叫端的網(wǎng)關(guān)進行分組數(shù)據(jù)的解包、解壓和解碼，還原為可被識別的模擬語音信號，再通過PSTN傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個完整的電話到電話的IP電話的通信過程。
2.3 Iphone系統(tǒng)的基本組件
棗Iphone系統(tǒng)的基本組件：終端、網(wǎng)關(guān)、關(guān)守、網(wǎng)管服務(wù)器、記帳服務(wù)器等,下面介紹一下各個組件的功能
（1）、終端（Terminal）
IP電話的終端可以有多種類型，其中包括傳統(tǒng)的語音電話、ISDN終端、PC，也可以是集語音、數(shù)據(jù)和圖象于一體的多媒體業(yè)務(wù)終端。由于不同種類的終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)是不同的，要在同一個網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過一個適配器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包。在未來，終端的發(fā)展趨勢應(yīng)當是標準和規(guī)格統(tǒng)一的，以減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來的開銷。
（2）、網(wǎng)關(guān)(Gateway)
網(wǎng)關(guān)負責提供IP網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的PSTN接口，從而提供廉價的長途通信業(yè)務(wù)。網(wǎng)關(guān)可以支持多種電話線路，包括模擬電話線、數(shù)字中繼線和PBX連接線路，并提供語音編碼壓縮、呼叫控制、信令轉(zhuǎn)換、動態(tài)路由計算等功能。
（3）、關(guān)守（Gatekeeper）
關(guān)守實際上是IP電話網(wǎng)的智能集線器，是整個系統(tǒng)的服務(wù)平臺，負責系統(tǒng)的管理、配置和維護。關(guān)守提供的功能有撥號方案管理、安全性管理、集中帳務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫管理和備份、網(wǎng)絡(luò)管理等等。
（4）、管理服務(wù)器
管理服務(wù)器是為網(wǎng)絡(luò)管理人員提供的管理工具，可以實現(xiàn)對IP電話網(wǎng)絡(luò)體系中各種組件的管理工作。網(wǎng)管服務(wù)器提供良好的用戶界面，使網(wǎng)管人員可以方便地控制所有的系統(tǒng)組件，包括網(wǎng)關(guān)、關(guān)守等。網(wǎng)管服務(wù)器的功能包括，設(shè)備的控制及配置，數(shù)據(jù)配給，撥號方案管理及負載均衡、遠程監(jiān)控等。
（5）、記帳服務(wù)器
記帳服務(wù)器的功能是對用戶的呼叫進行費用計算，并提供相應(yīng)的單據(jù)和統(tǒng)計報表。記帳服務(wù)器可以由IP電話的制造提供，也可以由第三方廠商制作，前提是IP制造商開放其軟件的數(shù)據(jù)接口。
對于Internet這樣的無連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是沒有業(yè)務(wù)質(zhì)量保障的，必然會存在分組丟失、失序到達和時延抖動的情況。這樣，就必須采取特殊的步驟來保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。例如，高層協(xié)議TCP提供了流控和差錯恢復(fù)，但會產(chǎn)生顯著的時延和時延抖動，因而在此環(huán)境中，TCP就不可用作第三層協(xié)議�；诙嗝襟w數(shù)據(jù)與一般計算機數(shù)據(jù)不同，它能容忍一定程度的差錯，而不會明顯地影響通話或圖像質(zhì)量。因此，多媒體數(shù)據(jù)傳輸都采用UDP傳輸協(xié)議。由于UDP只是提供了一個基本的傳輸手段，而多媒體傳輸應(yīng)用需要多媒體編碼類型、同步時標、分組序列號等參數(shù)，以及一定程度的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障，因而提出了實時傳輸協(xié)議RTP和實時傳輸控制協(xié)議TRCP。主要的技術(shù)分5類：
棗（1）信令技術(shù)，包括ITU-T H.323 和IETF會話初始化協(xié)議SIP[4]（Session Initation Protocol）兩套標準體系，還涉及到進行實時同步連續(xù)媒體流傳輸控制的實時流協(xié)議TRSP。
棗（2）媒體編碼技術(shù)，包括流行的G.723.1、G.729，G.729A話音壓縮編碼算法和MPEG-II多媒體壓縮技術(shù)。
棗（3）媒體實時傳輸技術(shù)，主要采用實時傳輸協(xié)議RTP。
棗（4）業(yè)務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)，采用資源預(yù)留協(xié)議RSVP和用于業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)控的實時傳輸控制協(xié)議RTCP來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。
棗（5）網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，主要是TCP和UDP。
棗此外還涉及到分組重建技術(shù)和時延抖動平滑技術(shù)、動態(tài)路由平衡傳輸技術(shù)、網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)（包括媒體互通和控制信令互通）、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)（SNMP）以及安全認證和計費技術(shù)等等。
3.1 媒體編碼技術(shù)
棗目前，話音和圖像壓縮技術(shù)發(fā)展十分迅速，已經(jīng)研究開發(fā)出很多高效率的壓縮編碼技術(shù)。如先進的以碼本激勵線性預(yù)測（CELP）原理為基礎(chǔ)的G.729、G.723（G.723.1）話音壓縮編碼技術(shù)。以G.729為例，它可將經(jīng)過采樣的64kb/s話音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至8kb/s。話音壓縮編碼技術(shù)是IP電話技術(shù)的一個重要組成部分。圖像編碼方面有IP網(wǎng)絡(luò)會議系統(tǒng)采用的H.261（活動圖像編碼）和H.263（低速率活動圖像編碼）。
棗由于在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)質(zhì)量不能得到很好保證，因而需要話音和圖像的編碼具有一定的靈活性，也就是說編碼速率、編碼尺度的可變可適應(yīng)性。在圖像編碼方面，H.263采取了多種方式使得圖像編碼的尺度可變（分層編碼、多精度編碼），即根據(jù)不同的信道質(zhì)量可以對碼流進行調(diào)整，以保證所需的業(yè)務(wù)質(zhì)量。在話音編碼方面，近年來的研究得出G.729中一種很好的算法。G.729原來是8kb/s的話音編碼標準，現(xiàn)在經(jīng)進一步的研究和實踐將其工作范圍擴展至6.4～11.8kb/s，話音質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化，但即使是6.4kb/s，話音質(zhì)量也還不錯，因而很適合在VoIP系統(tǒng)中使用。G723.1采用5.3/6.3kb/s雙速率話音編碼，其話音質(zhì)量好，但是處理時延較大，它是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。在目前接入網(wǎng)速度普遍較低的情況下，G.723.1話音編碼也大量運用于H.323會議系統(tǒng)中。下表給出了G.723.1、G.729和G.729A的部分性能比較。
幾種話音編解碼方法的性能對比
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棗相關(guān)的話音技術(shù)還包括靜音檢測技術(shù)和回聲消除技術(shù)。有研究結(jié)果表明，人們在打電話時約有50％為聆聽對方講話的靜默時間，10％為講話時短暫停頓的靜默時間。靜音檢測技術(shù)可以有效剔除靜默信號，從而使話音信號占用的帶寬要求進一步降低到3.5kb/s左右；回聲消除技術(shù)利用數(shù)字濾波器技術(shù)來消除對通話質(zhì)量影響很大回聲干擾，保證通話質(zhì)量。這點在時延相對較大的分組網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中尤為重要。
3.2 Internet話音分組傳輸技術(shù)
棗在IP網(wǎng)中傳輸層有兩個并列的協(xié)議：TCP和UDP。TCP是面向連接的，它提供高可靠性服務(wù)；UDP是無連接的，它提供高效率的服務(wù)。高可靠性的TCP用于一次傳輸要交換大量報文的情況，高效率的UDP用于一次交換少量的報文或?qū)崟r性要求較高的信息。
棗實時傳輸協(xié)議RTP提供具有實時特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，可以用來傳送聲音和活動圖像數(shù)據(jù)，在這項數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)中包含了裝載數(shù)據(jù)的標識符、序列號、時戳以及傳送監(jiān)視。通常RTP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP分組來承載的。而且為了盡量減少時延，話音凈荷通常都很短。圖3表示一個IP話音分組的結(jié)構(gòu)，圖中IP，UDP和RTP的控制頭都按最小長度計算。
棗由圖3以可看出，這種IP話音分組的開銷很大，約為66％～80％。于是有人提出了組合RTP分組的概念，如圖4所示。
棗采用這種組合復(fù)用方法的確可以大大提高傳輸效率，但是目前尚無標準。
棗如果支持RTP的網(wǎng)絡(luò)能提供組播功能，則它也可用組播方式將數(shù)據(jù)送給多個目的用戶。
棗RTP本身沒有提供任何確保及時傳送的機制，也沒有提供任何傳輸質(zhì)量保證的機制，因而業(yè)務(wù)質(zhì)量完全由下層網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量來決定。同時，RTP不保證數(shù)據(jù)包按序號傳送，即使下層網(wǎng)絡(luò)提供可靠性傳送，也不能保證數(shù)據(jù)包的順序到達。包含在RTP中的序列號就是供接收方重新對數(shù)據(jù)包排序之用。
棗與RTP相配套的另一個協(xié)議是RTCP協(xié)議。RTCP是RTP的控制協(xié)議，它用于監(jiān)視業(yè)務(wù)質(zhì)量并與正在進行的會話者傳送信息。
3.3 控制信令技術(shù)
棗媒體的傳輸技術(shù)保證了話音的傳輸，而控制信令技術(shù)保證電話呼叫的順利實現(xiàn)和話音質(zhì)量，并且可以實現(xiàn)各種高級的電話業(yè)務(wù)，如類似PSTN上的智能網(wǎng)（IN）業(yè)務(wù)，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）上的補充業(yè)務(wù)。目前被廣泛接受的VoIP控制信令體系包括ITU的H.323系列和IETF的會話初始化協(xié)議SIP。
3.3.1 H.323
棗ITU的H.323系列建議定義了在無業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的Internet或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。這些分組網(wǎng)絡(luò)主宰了當今的桌面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，H.323標準為局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Intranet和Internet上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。
棗H.323很大程度上是建筑在ITU以前有關(guān)多媒體協(xié)議的基礎(chǔ)上，包括用于ISDN的H.320，用于B-ISDN的H.321和用于GSTN終端的H.324等建議。其編碼機制，協(xié)議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡化版本，并采用了比較傳統(tǒng)的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的H.245，用于建立連接的H.225.0，用于大型會議的H.332，用于補充業(yè)務(wù)的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有關(guān)安全的H.235，與電路交換業(yè)務(wù)互操作的H.246。
棗H.323提供設(shè)備之間、高層應(yīng)用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獨立于操作系統(tǒng)和硬件平臺，支持多點功能、組播和帶寬管理。H.323具備相當?shù)撵`活性，支持包含不同功能的節(jié)點之間的會議和不同網(wǎng)絡(luò)之間的會議。H.323建議的多媒體會議系統(tǒng)中的信息流包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制信息。信息流采用H.225.0建議方式來打包和傳送。
-其協(xié)議組包括以下子協(xié)議：
1.圖像編碼：H.261，H.263；
2.話音編碼：G.711、G.722、G.728、G.729、G.723；
3.數(shù)據(jù)通信：T.120；
4.呼叫控制：H.225（包括信令、注冊、媒體同步、分組打包等）；
5.系統(tǒng)控制；H.245（包括打開或關(guān)閉一個呼叫、功能協(xié)商等）；
6.實時傳送協(xié)議：實時傳送協(xié)議：RTP、RTCP。棗H.323呼叫建立過程涉及到三種信令：RAS（注冊：Registration、許可：Admission和狀態(tài)：Status）信令，H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中RAS信令用來完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊、授權(quán)許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過程；H.225.0呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接，這個信令使用Q.931消息來控制呼叫的建立和拆除，當系統(tǒng)中沒有網(wǎng)守時，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開；當系統(tǒng)中包括一個網(wǎng)守時，由網(wǎng)守決定在終端與網(wǎng)守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道；H.245控制信令用來傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開和關(guān)閉邏輯信道、模式參數(shù)請求、流控消息和通用命令與指令等。H.245控制信令信道建立于兩個終端之間，或是一個終端與一個網(wǎng)守之間。H.323的基本信令協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖5所示。
呼叫建立過程根據(jù)網(wǎng)守的參與程度可分為網(wǎng)守路由的呼叫和端點直接的呼叫。在圖6中，以網(wǎng)守路由的呼叫為例說明了H.323中呼叫的建立過程。
3.3.2 SIP
雖然H.323提供了窄帶 多媒體通信所需要的所有子協(xié)議，但H.323的控制協(xié)議非常復(fù)雜。此外，H.323不支持多點發(fā)送（Multicast）協(xié)議，只能采用多點控制單元（MCU）構(gòu)成多點會議，因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉(zhuǎn)移，且建立呼叫的時間比較長。
----與H.323相反，SIP是一種比較簡單的會話初始化協(xié)議。它不像H.323那樣提供所有的通信協(xié)議，而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP可以應(yīng)用于多媒體會議、遠程教學及Internet電話等領(lǐng)域。SIP既支持單點發(fā)送（Unicast）也支持多點發(fā)送，會話參加者和媒體種類可以隨時加入一個已存在的會議。SIP可以用來呼叫人或機器設(shè)備，如呼叫一個媒體存儲設(shè)備記錄一個會議，或呼叫一個點播電視服務(wù)器向會議播放視頻信號。
----SIP是一種應(yīng)用層協(xié)議，可以用UDP或TCP作為其傳輸協(xié)議。與H.323不同的是：SIP是一種基于文本的協(xié)議，用SIP規(guī)則資源定位語言描述（SIP Uniform Resource Locators），這樣易于實現(xiàn)和調(diào)試，更重要的是靈活性和擴展性好。由于SIP僅作于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數(shù)據(jù)，因而造成的附加傳輸代價也不大。SIP的URL甚至可以嵌入到web頁或其它超文本鏈路中，用戶只需用鼠標一點即可發(fā)出一個呼叫。與H.323相比，SIP還有建立呼叫快，支持傳送電話號碼的特點。
3.3.3 RTP/RTCP
----RTP最早由Henning Schulrinne等人于1995年11月提出來作為Internet建議的。目前仍然是IETF的建議，且已被Netscape\Intel\Microsoft等100多家Internet開發(fā)商支持成為實際上的國際標準，Microsoft還宣布在其未來的操作系統(tǒng)中將包括RTP這一通信功能，其NetMeeting也將支持RTP。此外，RTP還被IMTC接受作為H.323協(xié)議的傳輸層協(xié)議。
----RTP是提供端到端的實時數(shù)據(jù)（包括音頻和視頻）傳送的協(xié)議，可以用于媒體點播以及交互式通信等方面。RTP包括數(shù)據(jù)和控制兩部分，后者叫RTCP。RTCP支持Internet內(nèi)任何規(guī)模大小的實時會議。RTCP監(jiān)測服務(wù)質(zhì)量并傳送會議參加者的信息，它不支持不同媒體之間的同步。
----需要指出的是，RTP本身并不提供任何機制保證及時傳送，也不保證任何服務(wù)質(zhì)量，而是依賴于低層協(xié)議提供這些服務(wù)。從這種意義上講RTP似乎名不符實，但是應(yīng)該知道Internet本身是一種不保證服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)，目前還沒有一種端到端的協(xié)議可以保證及時傳送。RTP提供了時間標簽和控制不同數(shù)據(jù)流同步特性的機制，可以讓接收端重組發(fā)送端的數(shù)據(jù)包，可以提供接收端到 多點發(fā)送組的服務(wù)質(zhì)量包饋，具有較強的時間特征，從這種意義上講它是一種實時傳送協(xié)議。
