VINETIC語(yǔ)音處理器在VoIP解決方案中的應(yīng)用(圖)

  在提供低成本電話服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)性電信運(yùn)營(yíng)商（clec）的推動(dòng)下，ip語(yǔ)音技術(shù)（voice over ip，簡(jiǎn)稱voip）已經(jīng)做好了大規(guī)模部署的準(zhǔn)備，并集成到了老牌電信運(yùn)營(yíng)商（ilec）網(wǎng)絡(luò)中。

  但是，一直以來(lái)voip服務(wù)質(zhì)量的欠缺阻礙了其真正成為傳統(tǒng)的老式電話業(yè)務(wù)（pots）的威脅。不過(guò)，以后這種情況將不復(fù)存在。芯片制造商們正在采取重大措施，確保通過(guò)ip網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量（qos）與pots完全相同。

  voip為服務(wù)提供商帶來(lái)了新機(jī)會(huì)。由于voip能將數(shù)據(jù)和語(yǔ)音服務(wù)集成在一起，因此它可實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。為了滿足不同應(yīng)用的獨(dú)特要求，出現(xiàn)了多種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的芯片解決方案。本文將說(shuō)明這些先進(jìn)的芯片組和片上系統(tǒng)（soc）設(shè)備如何滿足服務(wù)提供商嚴(yán)格的qos要求，同時(shí)闡述它們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)多功能、高質(zhì)量、全面集成的voip系統(tǒng)設(shè)計(jì)——這些系統(tǒng)將為voip技術(shù)的總體成功做出貢獻(xiàn)。

qos性能參數(shù)和功能模塊
  在voip領(lǐng)域經(jīng)常遇到的一個(gè)詞是qos。對(duì)于voip而言，其重要性主要是體現(xiàn)在語(yǔ)音質(zhì)量上。人耳對(duì)延遲、背景噪聲和其他線路干擾非常敏感，這些干擾在voip里通常是由于回波、抖動(dòng)和丟包引起的。為了實(shí)現(xiàn)高語(yǔ)音質(zhì)量，voip解決方案的所有組件必須以最佳方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。

  為了更好地了解新解決方案如何克服qos挑戰(zhàn)，讓我們先看看這些挑戰(zhàn)是什么。

  ● 抖動(dòng)——指語(yǔ)音包抵達(dá)的不規(guī)律性。典型語(yǔ)音源以恒定速度生成語(yǔ)音包。然而，在ip網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包并非始終都是按照原來(lái)的順序抵達(dá)目的地——換句話說(shuō)，抵達(dá)速率并非恒定的，并因此造成抖動(dòng)。

  ● 回波——指聽(tīng)到自己聲音的回聲。換句話說(shuō)，回波就是聲音向接收方傳輸?shù)倪^(guò)程中出現(xiàn)泄漏。

  ● 延遲——也稱為遲延，指語(yǔ)音信號(hào)穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)從起點(diǎn)傳輸?shù)浇K點(diǎn)所耗的時(shí)間。人耳對(duì)超過(guò)50ms的延遲非常敏感。由于ip是“最大速率（best-effort）”連接，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)里的語(yǔ)音包經(jīng)常遭遇延遲。

  ● 無(wú)聲階段——指通話一方聆聽(tīng)另一方的階段。在這種情況下，沒(méi)有必要發(fā)送無(wú)聲數(shù)據(jù)包。

  ● 丟包/遲包/早包——這些包不能及時(shí)將信息傳輸?shù)秸Z(yǔ)音流中，因此其中的語(yǔ)音信息被丟棄。這種包的數(shù)量越高，語(yǔ)音質(zhì)量越低。壞幀掩蔽（bfm）——也稱為壞幀移植（bfi）或丟包隱蔽（plc）——可覆蓋一些破壞信息。

voip系統(tǒng)構(gòu)件
  圖1顯示了voip系統(tǒng)的主要構(gòu)件。

圖1 voip系統(tǒng)構(gòu)件

圖2 典型的voip包

  在voip系統(tǒng)中，語(yǔ)音數(shù)據(jù)以ip包的形式接收（下行）。在網(wǎng)絡(luò)處理器里，帶有正確ip地址（標(biāo)記為“語(yǔ)音服務(wù)”）的數(shù)據(jù)包被選中并被除去ip報(bào)頭。通用數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（udp）報(bào)頭然后確定正確的語(yǔ)音端口。圖2顯示了典型的 voip包。在除去udp報(bào)頭后，rtp（實(shí)時(shí)協(xié)議）報(bào)頭被發(fā)送到抖動(dòng)緩存里。

  抖動(dòng)緩存對(duì)voip網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的語(yǔ)音質(zhì)量有著非常重要的影響。抖動(dòng)緩存的任務(wù)是存儲(chǔ)語(yǔ)音包以便覆蓋包抖動(dòng)。此外，ip網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有固定的傳輸路徑，因此，每個(gè)數(shù)據(jù)包從起點(diǎn)到目的地可選擇不同的路線。這意味著包很少能按照與發(fā)送相同的順序抵達(dá)。抖動(dòng)緩存通過(guò)確定抵達(dá)時(shí)間以及適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的變化，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新排列，恢復(fù)正確的順序。voip系統(tǒng)通常采用適應(yīng)性抖動(dòng)緩存，可以最好地適應(yīng)ip網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。最后，正如上面提到的那樣，人耳對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量非常敏感。因此，抖動(dòng)緩存必須進(jìn)行優(yōu)化，以便最小化抖動(dòng)和延遲，而不會(huì)造成緩存錯(cuò)誤（buffer under-run），導(dǎo)致語(yǔ)音中斷。

  抖動(dòng)緩存與播放單元密切協(xié)作。播放單元負(fù)責(zé)在正確的時(shí)間播放合適的數(shù)據(jù)包。如果由于遠(yuǎn)程站點(diǎn)更高的取樣率導(dǎo)致抖動(dòng)緩存里的數(shù)據(jù)包太多，播放單元必須丟棄數(shù)據(jù)包或取樣。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)包，它必須通過(guò)類似數(shù)據(jù)彌補(bǔ)語(yǔ)音間隔。

  在并行方向，語(yǔ)音事件和無(wú)聲階段必須進(jìn)行探測(cè)，并且需要生成合適的音調(diào)或噪聲。

  在播放單元之后，語(yǔ)音被解壓縮，然后發(fā)送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器，后又傳輸?shù)接脩艟€路接口電路（slic）。slic進(jìn)行4-2線轉(zhuǎn)換（混合），然后將信號(hào)發(fā)送至模擬電話。

  與此同時(shí)，在上行方向，或被稱為發(fā)送方向，來(lái)自電話的模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)slic和數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送到語(yǔ)音處理單元。這里的第一個(gè)裝置是線路回波消除（lec）單元。由于客戶端設(shè)備或線路卡的額定阻抗與電話實(shí)際阻抗之間存在不匹配現(xiàn)象，向2線接口的轉(zhuǎn)換會(huì)造成回波。模擬電話的回波尾隨脈沖長(zhǎng)度通常在4ms的范圍內(nèi)。在ip環(huán)境中，所有voip供應(yīng)商都必須確保最大限度地消除系統(tǒng)回波。由于在ip系統(tǒng)里，延遲通常更高，因此實(shí)現(xiàn)回波消除至關(guān)重要。當(dāng)回波消除到接近原始狀態(tài)時(shí)，可獲得最好的效果。這被稱之為近端回波消除。

  一旦回波從系統(tǒng)中消除，語(yǔ)音將進(jìn)行壓縮并封裝為rtp數(shù)據(jù)包。與此同時(shí)，信令事件，比如調(diào)制解調(diào)器音調(diào)或dtmf（雙音多頻）音，被探測(cè)到，并且向網(wǎng)絡(luò)處理器發(fā)出通知，在必要的情況下通過(guò)編碼器自動(dòng)轉(zhuǎn)換成事件包。語(yǔ)音包然后被傳輸至處理器，在此，他們相應(yīng)的udp和ip報(bào)頭被添加，然后發(fā)送至以太網(wǎng)端口。
上面描述的流程僅與語(yǔ)音呼叫相關(guān)。傳真呼叫則利用t.38傳真中繼進(jìn)行不同的處理，以改進(jìn)傳輸質(zhì)量和性能。t.38是運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)處理器上的協(xié)議，負(fù)責(zé)雙方的“連接”。此外，t.38要求將傳真信號(hào)調(diào)制和解調(diào)成數(shù)據(jù)包。傳真呼叫探測(cè)與上述音調(diào)探測(cè)相同，而取代壓縮/解壓算法的是調(diào)制/解調(diào)固件。

  voip要實(shí)現(xiàn)高的服務(wù)質(zhì)量，要求voip設(shè)備不同組件之間進(jìn)行良好交互。語(yǔ)音數(shù)據(jù)包的傳輸必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成，而且必須盡快處理所有數(shù)據(jù)包，以便確保語(yǔ)音質(zhì)量與傳統(tǒng)電話服務(wù)相同。英飛凌科技公司的vinetic語(yǔ)音處理器家族能夠克服這些挑戰(zhàn)。通過(guò)將編解碼器和語(yǔ)音處理功能集成到一套設(shè)備里，vinetic能夠?qū)⑺袑?shí)時(shí)和性能關(guān)鍵型功能封裝在一起。這樣就可輕松實(shí)現(xiàn)模塊化配置，在使用相同的網(wǎng)絡(luò)處理器和軟件的條件下，能按照需要配置多個(gè)語(yǔ)音端口。

vinetic語(yǔ)音處理器
  英飛凌科技公司的vinetic語(yǔ)音處理器家族包括多個(gè)可靈活伸縮的設(shè)備，這些設(shè)備在引腳和軟件方面互相兼容，可提供2模擬端口和4模擬端口版本。對(duì)于voip而言，vinetic-vip和vinetic-m是專用設(shè)備，可將組包功能集成到設(shè)備里。vip版本具有全面功能：g.729a/b/e、g.728、g.723.1、g.726和g.711壓縮和t.38傳真中繼數(shù)據(jù)泵。m版本體積略小，通過(guò)利用  g.711或g.726允許語(yǔ)音占用更多帶寬，從而實(shí)現(xiàn)更低價(jià)格。
vinetic家族還包括針對(duì)不同應(yīng)用的特殊要求進(jìn)行優(yōu)化的多種slic設(shè)備，例如，成本優(yōu)化型cpe振鈴slic和co級(jí)非振鈴和振鈴slic。

應(yīng)用和解決方案
  在了解voip設(shè)備流程之后，讓我們看看不同的voip應(yīng)用。下面是voip的一些主流應(yīng)用，同時(shí)不同的供應(yīng)商還推出了一些各不同相同的應(yīng)用。

  1 支持語(yǔ)音功能的寬帶路由器
  第一個(gè)應(yīng)用是帶有voip功能的寬帶路由器。圖3顯示了一套路由器裝置，可提供一個(gè)以太網(wǎng)上行鏈路和多個(gè)以太網(wǎng)下行鏈路。無(wú)線lan（wlan）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)處理器的pci 接口支持。voip語(yǔ)音連接通過(guò)使用vinetic-2cpe（連接有振鈴slic以便將語(yǔ)音直接集成到數(shù)據(jù)系統(tǒng)里）進(jìn)行添加。作為特殊選件的fxo接口（中繼接口）也顯示在圖上，允許將本地呼叫直接路由至pstn線路。

圖3 支持語(yǔ)音功能的寬帶路由器

圖4 模擬電話適配器

  2 模擬電話適配器
  第二種應(yīng)用是眾所周知的模擬電話適配器（ata），圖4顯示的是成本優(yōu)化型版本。在電纜調(diào)制解調(diào)器領(lǐng)域的相同應(yīng)用也被稱之為獨(dú)立媒體終端適配器（smta）。

  ata是僅支持語(yǔ)音的應(yīng)用，沒(méi)有數(shù)據(jù)服務(wù)。 它通過(guò)以太網(wǎng)接口與調(diào)制解調(diào)器或路由器進(jìn)行連接?？蛇x擇第二個(gè)以太網(wǎng)端口，但數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)只是進(jìn)行轉(zhuǎn)換。voip語(yǔ)音服務(wù)是通過(guò)vinetic-2cpe和高成本效率網(wǎng)絡(luò)處理器或微型控制器實(shí)現(xiàn)的。這種設(shè)計(jì)使系統(tǒng)廠商能針對(duì)成本敏感型市場(chǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)小型voip設(shè)備。

  3 voip線路卡
  第三個(gè)例子是voip線路卡，顯示了多信道voip解決方案的特征，如圖5所示。

圖5 voip線路卡

  圖5中的線路卡反映了通過(guò)利用vinetic設(shè)備實(shí)現(xiàn)的模塊化特征。所有pots端口都處于并行狀態(tài)，并與一個(gè)高成本效率的網(wǎng)絡(luò)處理器進(jìn)行連接。由于語(yǔ)音處理和組包在vinetic設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，處理器的功能就是充當(dāng)不同語(yǔ)音端口的匯總電路，將他們傳輸至單一以太網(wǎng)接點(diǎn)。

  vinetic-4vip設(shè)備適用于包含g.72x聲碼器和t.38傳真中繼的成熟的voip服務(wù)。vinetic-4m和vinetic-4s是兩款引腳和軟件相互兼容成本節(jié)約型設(shè)備，比vinetic-4vip功能略少。

  vinetic-4m是vinetic-4vip的簡(jiǎn)化版本，可僅提供g.711和g.726編碼，同時(shí)保持非阻斷型voip系統(tǒng)。vinetic-4s使用“共享線路卡”架構(gòu)。vinetic-4vip設(shè)備與vinetic-4s設(shè)備（純粹的tdm設(shè)備）在線路卡上混合在一起，同時(shí)保持針腳和軟件的兼容性。由于與vinetic-4vip設(shè)備連接，與tdm設(shè)備連接的語(yǔ)音信道可路由至4vip設(shè)備上的voip塊。這樣做的結(jié)果是為充分考慮語(yǔ)音端口使用率（erlang系數(shù)）的線路卡節(jié)省成本，同時(shí)使系統(tǒng)廠商保持全面的靈活性。