ATEIS的音頻處理器在VOIP中的應用

　　(ATEIS的LAP G2T數字音頻處理器、ECS遠程回聲消除系統、IDA8消防廣播系統、Senator全數字會(huì )議系統、PPM-IT5觸摸屏多分區廣播話(huà)筒均支持VOIP功能。)

　　VOIP(voice over internet protocol)是一種以IP電話(huà)為主，并推出相應的增值業(yè)務(wù)的技術(shù)。

　　它是建立在IP技術(shù)上的分組化、數字化傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過(guò)語(yǔ)音壓縮算法對話(huà)音進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語(yǔ)音數據按IP等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng)過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )把數據包傳輸到目的地，再把這些語(yǔ)音數據包串起來(lái)，經(jīng)過(guò)解碼解壓處理后，恢復成原來(lái)的語(yǔ)音信號，從而達到由IP網(wǎng)絡(luò )傳送話(huà)音的目的。

　　VOIP最大的優(yōu)勢是能廣泛地采用internet和全球IP互連的環(huán)境，提供比傳統業(yè)務(wù)更多、更好的服務(wù)。

　　目前，存在一些VOIP 協(xié)議棧，它們源于各種標準團體和提供商，如H.323、SIP、MEGACO 和MGCP。ATEIS的VOIP基于SIP標準傳輸協(xié)議，可和其他支出SIP標準協(xié)議的IP電話(huà)等設備通信。

　　會(huì )話(huà)發(fā)起協(xié)議(SIP)是建立VOIP 連接的IETF 標準。SIP 是一種應用層控制協(xié)議，用于和一個(gè)或多個(gè)參與者創(chuàng )建、修改和終止會(huì )話(huà)。SIP 的結構與HTTP (客戶(hù)-服務(wù)器協(xié)議)相似?？蛻?hù)機發(fā)出請求，并發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器處理這些請求后給客戶(hù)機發(fā)送一個(gè)響應。該請求與響應形成一次事務(wù)。

　　傳統的IP 網(wǎng)絡(luò )主要是用來(lái)傳輸數據業(yè)務(wù)，采用的是盡力而為的、無(wú)連接的技術(shù)，因此沒(méi)有服務(wù)質(zhì)量保證，存在分組丟失、失序到達和時(shí)延抖動(dòng)等情況。數據業(yè)務(wù)對此要求不高，但話(huà)音屬于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對時(shí)序、時(shí)延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來(lái)保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。VOIP 電話(huà)/VOIP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)的關(guān)鍵技術(shù)包括：信令技術(shù)、編碼技術(shù)、實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)等。

　　信令技術(shù)

　　信令技術(shù)保證電話(huà)呼叫的順利實(shí)現和話(huà)音質(zhì)量，目前被廣泛接受的VoIP 控制信令體系包括ITUT的H.323 系列和IETF 的會(huì )話(huà)初始化協(xié)議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)議非常復雜。H.323 不支持呼叫轉移，且建立呼叫的時(shí)間比較長(cháng)。與H.323相反，SIP 是一種比較簡(jiǎn)單的會(huì )話(huà)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(huì )話(huà)或呼叫的建立與控制功能。SIP 可以應用于多媒體會(huì )議、遠程教學(xué)及Internet 電話(huà)等領(lǐng)域。

　　SIP 是一種應用層協(xié)議，可以用UDP 或TCP 作為其傳輸協(xié)議。如圖所示：ATEIS的TERRACOM中Transfer Protocol協(xié)議可選擇TCP或UDP方式傳輸。

　　SIP與H.323 不同的是：SIP 是一種基于文本的協(xié)議，用SIP 規則資源定位語(yǔ)言描述(SIP Uniform Resource Locators)，這樣易于實(shí)現和調試，更重要的是靈活性和擴展性好。由于SIP 僅作于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數據，因而造成的附加傳輸代價(jià)也不大。SIP 的URLL可以嵌入到web 頁(yè)或其它超文本鏈路中，用戶(hù)只需用鼠標一點(diǎn)即可發(fā)出一個(gè)呼叫。與H.323 相比，SIP 還有建立呼叫快，支持傳送電話(huà)號碼的特點(diǎn)。如圖所示，以ATEIS的彩色觸摸屏廣播話(huà)筒為例，可自定義添加設備的URI，并自由設置“Device Name”名稱(chēng)和“ZONE”分區。最后把相應按鈕添加到觸摸屏頁(yè)面，實(shí)現觸摸選擇分區廣播對講等功能。

　　編碼技術(shù)

　　話(huà)音壓縮編碼技術(shù)是VOIP技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。ATEIS的PPM-IT5提供了以下音頻編碼：G.711ulaw、G.711alaw、G.722、G.729、PCM16K、G.726-32、G.727-32。

　　Ø  G.711 是國際電信聯(lián)盟ITU-T定制出來(lái)的一套語(yǔ)音壓縮標準，它代表了對數PCM(logarithmic pulse-code modulation)抽樣標準，主要用于電話(huà)。它主要用脈沖編碼調制對音頻采樣，采樣率為8k每秒。它利用一個(gè)64Kbps 未壓縮通道傳輸語(yǔ)音信號。起壓縮率為1：2，即把16位數據壓縮成8位。G.711是主流的波形聲音編解碼器。G.711 標準下主要有兩種壓縮算法。一種是µ-law algorithm  (又稱(chēng)often u-law, ulaw, mu-law)，主要運用于北美和日本;另一種是A-law algorithm ，主要運用于歐洲和世界其他地區。其中，后者是特別設計用來(lái)方便計算機處理的。

　　Ø  G.722 是支持比特率為64, 56和48kbps多頻率語(yǔ)音編碼算法。在G.722中，語(yǔ)音信號的取樣率為每秒16000個(gè)樣本。與3.6kHz的頻率語(yǔ)音編碼相比較，G.722可以處理頻率達7kHz音頻信號寬帶。G.722 編碼器是基于子帶自適應差分脈沖編碼(SB-ADPCM)原理的。信號被分為兩個(gè)子帶，并且采用ADPCM 技術(shù)對兩個(gè)子帶的樣本進(jìn)行編碼。

　　G.722相對于G.711 采樣頻率由8KHZ擴展為16KHZ，語(yǔ)音質(zhì)量得以提高。將信號劃分為2個(gè)子帶(高頻，低頻)，每個(gè)子帶中的信號都采用ADPCM(adaptive differential pulse code modulation)進(jìn)行編碼。ADPCM原理即只采樣聲音樣本中增量變化的那一段在最后比特率的計算中，低頻部分被分配到比較多的資源8Kbps X 6bit，高頻部分被分配到比較少的資源(多為摩擦聲，噪音等輔助音)8Kbps X 2bit，兩者相加既為64Kbps。故G.722相對于G.711比特率都為64kbps，但提高了語(yǔ)音質(zhì)量。

　　Ø  G.729 編碼方案是電話(huà)帶寬的語(yǔ)音信號編碼的標準，對輸入語(yǔ)音性質(zhì)的模擬信號用8kHz采樣，16比特線(xiàn)性PCM量化。G.729A是ITU最新推出的語(yǔ)音編碼標準G.729的簡(jiǎn)化版本。G.729協(xié)議使用的算法是共軛結構的算術(shù)碼本激勵線(xiàn)性預測(CS-ACELP)，它基于CELP編碼模型。由于G.729編解碼器具有很高的語(yǔ)音質(zhì)量和很低的延時(shí)，被廣泛地應用在數據通信的各個(gè)領(lǐng)域。G.729占用帶寬小，使用G.711同樣的采樣率，僅需占用帶寬8Kbps，但占用CPU的時(shí)間多，使用CPU的時(shí)間大約是G.711的4倍，所以對設備CPU要有足夠的處理能力。

　　Ø  PCM16K ： PCM 脈沖編碼調制是Pulse Code Modulation的縮寫(xiě)。脈沖編碼調制是數字通信的編碼方式之一。主要過(guò)程是將話(huà)音、圖像等模擬信號每隔一定時(shí)間進(jìn)行取樣，使其離散化，同時(shí)將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化，同時(shí)將抽樣值按一組二進(jìn)制碼來(lái)表示抽樣脈沖的幅值，PCM是一種很基本的編碼方式，轉換后不壓縮，故稱(chēng)為無(wú)損編碼。這里采用16KHZ采樣頻率進(jìn)行抽樣，量化之后每個(gè)量化值對應1個(gè)16位二進(jìn)制數，即16bit，故ATEIS設備中命名為PCM16K。

　　Ø  G.726-32: G.726是ITU-T定義的音頻編碼算法，對輸入語(yǔ)音性質(zhì)的模擬信號用8kHz采樣，在G.721和G.723標準的基礎上提出。G.726可將64kbps的PCM信號轉換為40kbps、32kbps、24kbps、16kbps的ADPCM信號。最為常用的方式是32 kbit/s，但由于其只是G.711速率的一半，所以可將網(wǎng)絡(luò )的可利用空間增加了一倍。G.726具體規定了一個(gè)64 kbpsA-law 或μ-law PCM 信號是如何被轉化為40, 32, 24或16 kbps 的ADPCM 通道的。ATEIS在設備中僅選取了中常用的32kbit/s，故設備中命名為“G.726-32 ”。

　　Ø  G.727-32 ： G.727和G.726幾乎同時(shí)推出，二者具有相同的比特率(bit rates), 但G.727則針對PCME (Packet Circuit Multiplex Equipment environment)進(jìn)行最佳化。采用5-, 4-, 3-和2-bit/sample自適應差分脈沖編碼調制(ADPCM)。ATEIS在系統中僅選用常用的PCM信號轉換為32kbit/s進(jìn)行編碼處理，故設備命名為“G.727-32 ”。

　　實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)

　　實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)主要是采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP。RTP 是提供端到端的包括音頻在內的實(shí)時(shí)數據傳送的協(xié)議。RTP 包括數據和控制兩部分，后者叫RTCP。RTP 提供了時(shí)間標簽和控制不同數據流同步特性的機制，可以讓接收端重組發(fā)送端的數據包，可以提供接收端到多點(diǎn)發(fā)送組的服務(wù)質(zhì)量反饋。

　　網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)

　　VOIP網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)主要是TCP 和UDP，此外還包括網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)、路由選擇技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)以及安全認證和計費技術(shù)等。由于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP 提供具有實(shí)時(shí)特征的、端到端的數據傳輸業(yè)務(wù)，因此VOIP中可用RTP 來(lái)傳送話(huà)音數據。在RTP 報頭中包含裝載數據的標識符、序列號、時(shí)間戳以及傳送監視等，通常RTP 協(xié)議數據單元是用UDP 分組來(lái)承載,而且為了盡量減少時(shí)延，話(huà)音凈荷通常都很短。IP、UDP 和RTP 報頭都按最小長(cháng)度計算，采用UDP這種方式將多路話(huà)音插入話(huà)音數據段中，這樣提高了傳輸效率。

　　另外避免帶寬或多路通話(huà)問(wèn)題造成聲音斷續，多個(gè)IP點(diǎn)聲音不同步問(wèn)題，ATEIS特增加了BUFFER緩沖機制，如圖所示可調整RT為0.5到2.0之間，單位為秒。在實(shí)際運用過(guò)程中，可能由于帶寬問(wèn)題造成聲音斷續，因為封包在傳輸過(guò)程中有延時(shí)，也有可能封包傳輸丟失，當然封包丟失可通過(guò)RTP機制通知發(fā)送端重新發(fā)送數據，在設備中設置1個(gè)緩沖BUFFER，等待所有的封包信號到達后再一起送出。這里設置RT最長(cháng)限制是避免封包一直延時(shí)造成永久等待。

　　實(shí)際應用

　　如圖所示：ATEIS的LAP G2T數字音頻處理器、ECS遠程回聲消除系統、IDA8消防廣播系統、Senator全數字會(huì )議系統、PPM-IT5觸摸屏多分區廣播話(huà)筒均支持VOIP功能，并能和IP電話(huà)融合，對于模擬電話(huà)需要和IP電話(huà)會(huì )議融合，只需配置ATEIS的TERRA-FXO電話(huà)接口機轉IP的設備即可實(shí)現。

　　以下是ECS回聲抑制系統的回聲消除原理，在本地會(huì )議室安裝1臺ECS給對方回聲消除，如果2邊會(huì )議室都有回聲需要2邊都安裝ECS機器。

　　以下是Senator全數字會(huì )議系統VOIP的回聲消除原理圖

　　關(guān)于 ATEIS( 亞提斯 ) ：

　　亞提斯總部位于瑞士，為商業(yè)音頻系統、體育場(chǎng)館、公共廣播系統等音頻應用領(lǐng)域提供高品質(zhì)數字音頻產(chǎn)品、系統解決方案，具有超過(guò)三十年的企業(yè)歷史和行業(yè)經(jīng)驗。其商業(yè)音響產(chǎn)品、公共廣播系統、聲音報警系統、柜臺對講機，在歐洲市場(chǎng)上占有率持續性增長(cháng)，是歐洲數字音頻領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導者。

　　目前，公司提供全套的音響設備：全數字DSP會(huì )議系統、數字音頻處理器、數字廣播應急系統、IP廣播內通系統、功放等。

　　公司研發(fā)團隊由一支六十多個(gè)工程師組成的研發(fā)團隊和不斷的資金投入，我們可以快速應對不同市場(chǎng)的具體解決方案和尖端科技的要求。公司已經(jīng)遍布歐洲和中東超過(guò)十五個(gè)國家及地區，并且承接了許多國際著(zhù)名的工程。

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