如何利用接入internet的pc机使用ip电话

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如何利用接入internet的pc机

使用ip电话

摘要:本文从个人PC机实现IP 电话谈起介绍了IP 电话的各个部分环节，如IP网关，语音压缩，编码机制等技术问题都初步进行了探讨。

关键词: PC机 IP电话 IP电话网关

前言， PC机的普及和WEB技术的出现使INTERNET迅猛发展，其应用范围已经从IT界扩展到社会的各行各业电信网络与数据网络趋于融合，网络电话----IP电话已成为如今最热门的通信技术之一。

一、IP电话综述

IP电话是利用IP网络为传输载体，实现计算机对电话、电话对电话及计算机对计算机之间进行话音通信的技术。从方便实用而言，电话对电话为最好的一种方式。IP电话是VoIP（Voice over IP）技术的一种应用，作为数据网络发展的主要驱动力之一，作为一种革新性的话音业务，IP电话一直倍受关注。无论是电信业务运营商，还是企业自身，都可以从实施IP电话中受益非浅。目前已有很多厂商推出了自己的IP电话产品和解决方案，还有超过20家的组织正在参与IP电话技术标准的开发和推广。随着今年上半年中国电信、吉通公司和中国联通IP电话试验网的相继开通，IP电话更是受到了空前的关注。

二、IP电话基本原理及关键技术

（一）基本原理

IP电话的基本原理是：由专门的硬件设备或软件将呼叫方的话音信号采样并数字化，进行压缩打包，经过IP网络传输到对方，由对方的设备或软件接收并进行解压缩，再还原成模拟信号。语音压缩编码技术则是IP电话技术的基础。因为IP网络是面向非连接的分组交换，所以就需要采取不同的技术来保证话音质量。在IP 网络上进行话音业务时，有三个重要的参数影响着传输的质量，分别为延时、丢包率和抖动，与此相关的技术用来提高IP电话的传输性能。

（二）关键技术

1、语音压缩编码技术

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即在语音编码压缩和解压缩方面开发的算法，其目的是使用较少的带宽并产生较低的延时。一些典型的算法包括有：

①自适应差分脉冲码调制（ADPCM），它提供了三种不同级别的压缩并且不会对语音质量产生明显的影响。

②短延迟码激励线性预测法（LD－CELP），基于对人的语音所建立的模型而设计。

③共轭结构代数码激励线性预测法（CS－ACELP），这是新近开发的一个算法，提供了良好的音质和较小的延时，也是基于人的语音所建立的模型。国际电信联盟于1995年11月批准的G.729语音压缩标准就以CS－ACELP为基础制定。G.729标准在1996年进一步优化改进后，现已成为最重要的话音压缩标准之一。

2、话音抖动处理技术

网络延时是指一个IP包在网络上传输平均所需的时间，网络抖动是指IP包传输时间的长短变化。为防止网络抖动造成失真，就要在设计目的端系统的接收缓冲区时考虑这一问题，以能够对缓冲区中的语音包进行处理，使得这些包经过处理后得到的波形和发送端一样。具体做法是话音包到达时首先进入缓冲区暂存，系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲区中取出、解压、播放给受话者。在接收端缓冲区如果要消除抖动，一定会给系统增加额外的延时，但在网络设计时这仍是十分重要的方面，尽管减小延时和消除抖动本身就是互相矛盾的。

3、前向纠错技术

前向纠错技术（Forward Error Correction）是网关采用的一项保证音质的技术，通过在同一语音包内加冗余数据或在每一个话音包中存放后续包的冗余数据来减少丢包。

4、静音抑制技术

通常，人的会话是半双工的，其中的静音阶段语音包通过网络传输前被抑制。静音抑制可以采用数字语音插空技术（DSI）实现，抑制静音可以节省大量的网络带宽用于进行其它的语音和数据传输。

5、回音消除技术

传输时在电话回路上产生的信号反射而引起回音。在电话交换网上的回音可以被讲话的一方屏蔽掉，但在IP网络上传输语音时回音往返一次的延时要远大于10ms，人耳可以听到明显的回声，因而必须采取回音消除技术。 ITU的G.165标准规定了回音消除技术所需要的性能指标。回音消除器把接收到的语音数据和被发送的语音数据进行比较，在传输线路上设置数字过滤器消除回音。

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6、网络融合技术

即IP网络与电话网在运行时实现融合，使IP电话的操作和功能同普通电话相媲美，并进一步降低话费。途径之一是IP电话经营者使用控制电话的信号；之二是从外部经由IP网络控制电话网内交换机和企业PABX等通信设备。

三、IP电话的网络结构

IP 电话在网络中采取模块化的分层式结构。这种结构能够提供集成化的 IP 电话服务。其具有下列特性：

1、具有在PSTN 和IP 网络间进行透明连网的中介/ 网关服务；

2、具有高度的可伸缩性，随着网络的扩张能够允许增加处理和交换能力；

3、能够部署新的、改进的服务；

4、能够在同一个网络上提供多种服务；

5、具有自动化、集成化的管理功能；

6、能够混合使用、自动适配来自不同厂商的设备和软件。

目前最典型的一种方案就是使用三层式结构系统。这种三层式的系统由一个充当网关的功能层、呼叫服务器和后端服务器组成。这种模块化的系统具有开放性和 API 支持，服务提供商可以因此灵活选择端到端 IP 电话系统，或者只部署那些适合于自身特定环境的组件。

四、IP电话网络组件

（一） IP 电话网关为通信双方提供对 IP 网络的无缝访问。网关将来自一个网络（如 PSTN）的呼叫发送到负责接收的 IP 网络中。它可以将普通的电话通信、固定本地访问信令服务（Class）、Centrex 、免费电话以及围绕 No.7 信令系统与高级智能网络（AIN）标准建立的服务，从PSTN 网络传送到 IP 网络中，反之亦然。

话音呼叫在源网关编码、压缩和分包封装，在目的网关进行解压缩、解码和重新装配。一个多服务网关允许多种用户访问协议连接到 IP 骨干网上，如 PSTN、无线、数字用户线（DSL）、综合业务数字网（ISDN）等等均可连接。在IP 电话网络设计中，对多用户访问协议的支

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持是很重要的，只有这样才能满足跨网络话音通信的用户需求。

（二）呼叫服务器

呼叫服务器组件将 PSTN 与 IP 网络的呼叫处理功能桥接起来。它为当前的 7 号信令系统提

供一个控制网络的接口，主要负责智能呼叫路由服务。呼叫服务器服从开放接口的设计要求，以允许服务提供商提供定制和分级的服务。呼叫服务器一般使用工业标准接口来访问位于载波数据中心的后端服务器。如：呼叫服务器访问后端服务器，以便认证呼叫者是否是有效的服务订阅者、选择最佳的目的网关和路由、跟踪和维护呼叫记录和计费信息以及存储呼叫者详细的付费信息等。呼叫服务器主要包括下列几种组件：

1、信令协议

用于连网的信令协议有7 号信令系统（SS7）、会话启动协议（SIP）、媒体网关控制协议（MGCP）等。使用不同的信令协议表达同一事件的方法稍微有些不同，协议翻译器解决在不同的网络设备中使用的不同信令协议间的差异。

2、信令协议翻译器

负责将来自不同信令协议的事件映射到一个

共同的表示方式中，以实现协议间的互连。这个映射可以实现不同协议、或者同一协议的不同版本在各个网络之间的桥接。

3、统一的呼叫处理

这是呼叫服务器的核心组件。它使用通用的事件表示遇到一个呼叫，提供了一个信令独立的、可伸缩的呼叫处理。

4、应用呼叫控制

此模块支持多个插件（plug-in），由这些插件扩

展或修改呼叫处理来处理那些应用特定的呼

叫处理。例如呼叫可以进行不同的路由、认证/ 授权/ 计账（AAA）、资源管理、政策交互操作、本地号码移植和其他的应用处理。

5、连网仓库

这个数据仓库一般存放与服务提供商、网络政

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策、资源和呼叫处理相关的数据。这些数据用于处理来自不同厂商设备的呼叫规则。

6、网络管理器

此组件提供用于呼叫服务器和中间网关的操作、管理和维护（OAM）接口。网络管理器部署在网络服务提供商（ISP）的环境中，它可以减少操作成本，并且遵守电信管理网络（TMN）工业标准。其中内置有适当的接口，以连接现有的操作支持系统（OSS）。

（三）后端服务器

后端服务器处理位于服务提供商操作系统的应用包中，智能的冗余数据库存储在呼叫建立和呼叫拆除阶段交换的关键信息。在中央办公室环境中，保持后端数据库的数据完整性是至关重要的。后端服务器执行认证、目录映

射、呼叫账户和统计服务。物理上它们是与呼

叫服务器分离的，这样就服务器拥有的数据库伸缩性更强，并且将它们放置在安全的设施中。

后端服务器包括:

1、认证服务器，用来识别合法用户，维护每个用户的账户结算和服务特权。这个服务器还支持预付费呼叫卡模型，提供诈骗检测和预防。

2、账户服务器，用来存储所有用户的详细记录以及其他相关的计费信息。这个服务器还具有一个管理详细呼叫信息的数据变换服务器。

3、目录映射服务器，用来提供被呼叫的电话号码和与它最近的电话网关IP 地址之间的映射。这个服务器还提供拨号翻译和格式检查功能。

4、呼叫统计服务器，用来提供呼叫使用（收费）率和使用某种特定服务的时间。

5、Web 备用服务器，用做后端服务器的备用。它位于管理中心的管理控制台，通过一个Web 浏览器连接到Web 备用服务器上来访问和配置后端服务器。

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五、 IP 电话系统中使用的重要协议

为保障语音信息经过网关压缩编码后在IP 网络上的传输，IP 电话系统采用了实时传输协议（Real Time Transmission Protocol，RTP）和实时传输控制协议（Real Time Transmission Control Protocol，RTCP）。语音在IP 网络上的传输主要由UDP 包完成，它高效、简单、延时小、实时性强，但无法控制输出定时的时间标记，而且较小的延时会干扰话音，因此它不可能提供可靠的传输。为了解决这一问题，人们提出了实时传输协议（RTP）和实时传输控制协议（RTCP）。RTP 协议是在UDP 上实现的，它在 UDP 包上再进行 RTP 的封包，以保证数据传输的定时关系。RTP 还把封包进行排序，并检查包的丢失情况，从而降低了网络引起的时延和抖动。但是，RTP 本身并不提供任何机制去减少延时或确保信息的准确传输及其他服务质量（QoS）要求。

RTCP 用于RTP 的控制，监视QoS 如时延和带宽等，并把网上传送的包含 QoS 的控制信息包分发给所有通信点。如果可用带宽降低，RTCP 会立即把带宽变窄的信息通知源端，源端将据此信息进行必要的调整后发送。

为了确保端到端的传输带宽按不同的应用分配，以减少时延和时延抖动，在IP 网络上进行语音数据传输时还采用了资源预留协议（Resource SerVation Protocol,RSVP）。RSVP 是在H.323 终端或路由器中采用的，它并不是一个路由协议，而是一个信令协议。RSVP 利用现有路由协议的功能，本身不再提供额外的路由处理，或者说它是靠与普通路由协议结合来实现对网络QoS 控制的。由于 RSVP 是依附于路由协议的，因此当路由发生变化时，预留的资源通路也要做相应调整，这就要求在资源预留和路由更新之间存在同步关系。同时RSVP 的通路信息和资源预留请求只在活动节点之间传送，应用在IP 电话网中，就是在通信的IP 电话网关之间进行带宽的预留。在网关内部它会引起少量的时延，但是这能够保障封包以正确的顺序收发，并减

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少丢包。同时在网关上引进了一些时延后，更能够保证通话延时较稳定，基本不变。

六、结束语

PC机与IP网电话的融合使任意用户可随时进行发送和接受信息，拨打电话。也容许一个用户同时与多个对方用户进行通信。但是如今技术不够完善其存在的语音延时，丢包率仍是奢待解决的IP 难题。