全方位讲解VoIP 的原理及技术知识_demon_evil的博客-程序员宅基地_voip工作原理

技术标签: 算法  电信  网络  路由器  平台  signal  

通过因特网进行语音通信是一个非常复杂的系统工程,其应用面很广,因此涉及的技术
也特别多,其中最根本的技术是VoIP (Voice over IP)技术,可以说,因特网语音通信是VoIP
技术的一个最典型的、也是最有前景的应用领域。因此在讨论用因特网进行语音通信之前,
有必要首先分析VoIP的基本原理,以及VoIP中的相关技术问题。
一、VoIP的基本传输过程
传统的电话网是以电路交换方式传输语音,所要求的传输宽带为64kbit/s。而所谓的VoIP
是以IP分组交换网络为传输平台,对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理,
使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。
为了在一个IP 网络上传输语音信号,要求几个元素和功能。最简单形式的网络由两个
或多个具有VoIP 功能的设备组成,这一设备通过一个IP 网络连接。VoIP 模型的基本结构
图如图下图所示。从图中可以发现VoIP设备是如何把语音信号转换为IP数据流,并把这些
数据流转发到IP目的地,IP目的地又把它们转换回到语音信号。两者之音的网络必须支持
IP传输,且可以是IP路由器和网络链路的任意组合。因此可以简单地将VoIP的传输过程分
为下列几个阶段。
1、 语音-数据转换
语音信号是模拟波形,通过IP 方式来传输语音,不管是实时应用业务还是非实时应用
业务,道貌岸首先要对语音信号进行模拟数据转换,也就是对模拟语音信号进行8 位或6
位的量化,然后送入到缓冲存储区中,缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多
低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码。典型帧长为10~30ms。考虑传输过程中的代
价,语间包通常由60、120 或240m s的语音数据组成。数字化可以使用各种语音编码方案
来实现,目前采用的语音编码标准主要有ITU-T G.711。源和目的地的语音编码器必须实现
相同的算法,这样目的地的语音设备帮可以还原模拟语音信号。
2、 原数据到IP转换
一旦语音信号进行数字编码,下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份
的编码器都有特定的帧长,若一个编码器使用15ms 的帧,则把从第一来的60ms 的包分成
4 帧,并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点(抽样率为8kHz)。编码后,将4 个压
缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信
息后通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接(一条线路),
并在端点之间传输编码的信号。IP 网络不像电路交换网络,它不形成连接,它要求把数据
放在可变长的数据报或分组中,然后给每个数据报附带寻址和控制信息,并通过网络发送,
一站一站地转发到目的地。
3、 传送
在这个通道中,全部网络被看成一个从输入端接收语音包,然后在一定时间(t)内将
其传送到网络输出端。t 可以在某全范围内变化,反映了网络传输中的抖动。网络中的同间
节点检查每个IP 数据附带的寻址信息,并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的
下一站。网络链路可以是支持IP数据流的任何拓结构或访问方法。
4、 IP包-数据的转换
目的地VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器,用
来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包,用户可以选择缓冲器的大小。小的缓
冲器产生延迟较小,但不能调节大的抖动。其次,解码器将经编码的语音包解压缩后产生新
的语音包,这个模块也可以按帧进行操作,完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms,,
是60ms的语音包被分成4 帧,然后它们被解码还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。
在数据报的处理过程中,去掉寻址和控制信息,保留原始的原数据,然后把这个原数据提供
给解码器。
5、 数字语音转换为模拟语音
播放驱动器将缓冲器中的语音样点(480 个)取出送入声卡,通过扬声器按预定的频率
(例如8kHz)播出。 简而言之,语音信号在IP 网络上的传送要经过从模拟信号到数字信
号的转换、数字语音封装成IP分组、IP分组通过网络的传送、IP分组的解包和数字语音还
原到模拟信号等过程。整个过程如图下图所示。
二、推动VoIP发展的动力
由于相关的硬件、软件、协议和标准中的许多发展和技术突破,使得VoIP 的广泛使用
很快就会变成现实。
这些领域中的技术进步和发展为创建一个更有效、功能和互操作性更强的VoIP 网络起
着推波助澜的作用。表2-2 简单列出了这些领域中的主要发展。从表中可以看出,推动VoIP
飞速发展乃至广泛应用的技术因素可以归纳为如下几个方面。
1、 数字信号处理器
先进的数字信号处理器(Digital Signal Processor ,DSP)执行语音和数据集成所要求的
计算密集的任各。DSP 处理数字信号主要用于执行复杂的计算,否则这些计算可能必须由
通用CPU 执行。它们的专门化的处理能力与低成本的结合使DSP 很好地适合于执行VoIP
系统中的信号处理功能。
单个语音流上G.729 语音压缩的计算开销开常大,要求达到20MIPS,如果要求一个中
央CPU 在处理多个语音流的同时,还执行路由和系统管理功能,这是不现实的,因此,使
用一个或多个DSP可以从中央CPU卸载其中的复杂语音压缩算法的计算任务。另外,DSP
还适合于语音的活动检测和回声取消这样的功能,困为它们实时处理语音数据流,并能快速
访问板上内存,因此。在本章节中,比较详细地介绍如何在TMS320C6201DSP平台来实现
语音编码和回声抵消的功能。
2、 高级专用集成电路
专用集成电路(Application-Specific Integrated Circait, ASIC)发展产生了更快、更复杂、
功能更强的ASIC。ASIC 是执行单一应用或很小的一组功能专门的应用芯片。由于集中于
很窄的应用目标,故它们可以对特定的功能进行高度的优化,通常双通用CPU 快一个或几
个数量级。就像精简指令集计算机(RSIC)芯片集中于快速执行扔限数目的操作一样,ASIC
被预先编程、使其能更快地执行有限数目的功能。一旦开发完成,ASIC 批量生产的成本并
不高,被用于包括路由器和交换机这样的网络设备,执行路由查表、分组转发、分组分类和
检查以及排队等功能。ASIC 的使用使设备的性能更高,而成本更低。它们为网络提供增加
的宽带和更好的QoS支持,所以对VoIP发展起着很大的促进作用。
3、 IP传输持术
传输电信网大多采用时分多路复用方式,因特网须采用的是统计复用变长分组交换方
式,二者相比,后者对网络资源利用率高,互连互通简便有效、对数据业务十分适用,这是
因特网得以飞速发展的重要原因之一。但是,宽带IP网络通信对QoS和延迟特性提出了苟
刻的要求,因此,统计复用变长分组交换的技术发展为人们所关注。目前,除已问世的新一
代IP协议--IPV6 外,世界因特网工程任务组(IETF)提出了多协议标记交换技术(MPLS),
这是一种基于网络层选路的各种标记/标签的交换,能提高选路的灵活性,扩展网络层选路
能力,简化路由器和基于信元交换的集成,提高网络性能。MPLS既可以作为独立的选路协
议工作,又能与现有的网络选路协议兼容,支持IP 网络的各种操作、管理和维护功能,使
IP网络通信的QoS、路由、信令等性能大大提高,达到或接近统计复用定长分组交换(ATM)
的水平,而又比ATM简单、高效、便宜、适用。IETF还地抓紧新的分组理理持术,以便实
现QoS选路。其中正在研究"隧道技术"就是为了实现单向链路的宽带传送。 另外,如何选
择IP网络传输平台也是近年来研究的一个重要领域,先后出现了IP over ATM、IP over SDH、
IP over DWDM等技术,目前公认的宽带网络分析模型如图所示。
第一层是基层础,提供高速的数据传输骨干。IP 层向IP用户提供高质量的,具有一定
服务保证的IP接入服务。用户层提供接入形式(IP 接入和宽带接入)和服务内容形式。在
基础层,以太网作为IP网络的物理层,是理所当然的事情,但是IP overDWDM却上最新技
术,并具有很大的发展潜力。
密集波分多路复用(Dense Wave Division MultipLexing,DWDM)为光纤网络注入新的活
力,并在电信公司铺设新的光纤主干网中提供惊人的带宽。DWDM技术利用光纤的能力和
先进的光传输设备。波分多路复用的名称是从单股光纤上传送多个波长的光(LASER)而
得来的。目前的系统能够发送和识别16个波长,而将来的系统能够支持40~96全波长。这
具有重要意义,因为每增加一个波长,就增加了一个信息流。因此可以将2.6Gbit/s(OC-48)
网络扩大16 倍,而不必铺设新的光纤。
大多数新的光纤网络以(9.6Gbit/s)的速度运行OC-192,在与DWDM结合时,在一对
光纤上产生150Gbit/s以上的容量。另外,DWDM 提供了接口的协议和速度无关的特征,在
一条光纤上可同时支持ATM、SDH 和千兆以太网信号的传输,这样和现在已建成的各种网
络都可以兼容,因此DWDM既可以保护已有的设资,还可以以其巨大带宽为ISP和电信公
司提供了功能更强的主干网,并使宽带成本更低和访问性更强,这对VoIP 解决方案的带宽
要求提供强有力的支持。增加的传输速率不仅可以提供更粗的管道,使阻塞的机会更少,而
且使延时降低了许多,因此可以在很大程度上减少IP网络上的QoS要求。
4、 宽带接入技术
IP 网络的用户接入已成为制约全网发展的瓶颈。从长期发展看,用户接入的终极目标
是光纤到户(FTTH)。光接入网从广义上讲包括光数字环路载波系统和无源光网络两类。前
者主要在美国,结合开放口V5.1/V5.2,在光纤上传送其综合系统,显示了很大的生命力。
后者主要在目本和德国。日本坚持不懈攻关十多年,采取一系列措施,将无源光网络成本降
低至与铜缆和金属双绞线相近的水平,并大量使用。特别是近年ITU提出以ATM为基础的
无源光网络(APON),将ATM 与无源光网络优势互补,接入速率可达622M bit/s,对宽带
IP 多媒体业务发展十分有利,且能减少故障率和节点数目,扩大覆盖范围。目前ITU 已完
成了标准化工作,各厂家正在积极研制,不久会有商品上市,将成为面向21 世纪的宽带接
入技术的主要发展方向。
目前主要采用的接入技术有:PSTN、IADN、ADSL、CM、DDN、 X.25 和 Ethernet 以
及宽带无线接入系统列等。这些接入技术各有特点,其中发展最快的是ADSL 和CM;
CM(Cable Modem)采用同轴电缆,传输速率高、抗干扰能力强;但是不能双向传输,无统一
标准。ADSL(Asymmetrical Digital Loop)独享接入宽带, 充分利有现有电话网,提供非
对称的传输速率,用户侧的下载速率可以达到8 Mbit/s,用户侧的上载速率可以达到1M bit/s。
ADSL为企业和各个用户提供必要的宽带,并极大地降低成本。使用较低成本的ADSL地区
环路,现在公司能以更高的速度访问因特网和基于因特网服务供应商的VPN,允许更高的
VoIP呼叫容量。
5、 中央处理单元技术
中央处理单元(CPU)在功能、功率和速度方面继续发展。这使多媒体PC能够广泛应
用,并提高了受CPU功率限制的系统功能的性能。PC 处理流式音频和视频数据的能力在用
户中期待已久,所以在数据网络上传送语音呼叫理所当然成为下一步的目标。这个计算功能
使先进的多媒体桌面应用和网络组件中的先进功能都支持语音应用。 
版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/demon_evil/article/details/2100785

智能推荐

python计算圆周率_Python如何计算圆周率pi Python计算圆周率pi代码实例_weixin_39715652的博客-程序员宅基地

本篇文章小编给大家分享一下Python计算圆周率pi代码实例,小编觉得挺不错的,现在分享给大家供大家参考,有需要的小伙伴们可以来看看。一 计算公式:二 实现代码(1)import mathfrom tqdm import tqdmimport timetotal,s,n,t=0.0,1,1.0,1.0while(math.fabs(t)>=1e-6):total+=tn+=2s=-st=s/nk=...

Python爬虫日记02-数据可视化_大树的困惑的博客-程序员宅基地

PYTHON爬虫日记02-数据可视化记录自己的学习爬虫日记1.环境准备linux 环境python3.6+ (这里网上的教程很多,这里选择一个比较有效的在Linux上安装Python3))linux nginx环境 (选择自己喜欢的版本 https://nginx.org/download/)linux gunicorn (pip 下载)pycharm 本地项目调试数据准备 页面展示的数据为猫眼top100,已经在上一篇博客实现有兴趣的可以跳转2.思路1.准备好爬虫的数据上一步已经将数据

linux玩csgo游戏,【老许教你玩CSGO】如何设置合适的游戏启动项_闲书郎的博客-程序员宅基地

在STEAM的游戏库中右击CSGO游戏,点击属性,就可以看到设置启动项这个选项以下是我们常用的游戏启动项,以及它们的用处-noforcemaccel -noforcemparms 去鼠标加速(-noforcemaccel -noforcemparms -noforcemspd)-freq 60 锁定刷新率根据个人显示器刷新率而异,比如我的显示器刷新率是144,就输入-freq 144-32bpp...

虚拟机安装Linux的CentOS系统_YH746的博客-程序员宅基地_linux的centos

引言在实践安装了数次CentOS 7 的安装后,觉得应该写个详细的系统安装步骤文档来做参考,以便日常工作需要和同事需要。一、软件准备工作1、先下载VMware Workstation虚拟机软件,并安装成功。2、准备好了,centos7镜像文件(这边用到的是7.6的版本)二、虚拟机安装Linux的CentOS系统步骤1、打开“VMware Workstation Pro”(这边用到的版本是15.5),如下图所示:2、点击“创建新的虚拟机”,如下图所示:3、选择“自定义(高.

hulu活动|2019暑假来一场火星大冒险_hulu beijing的博客-程序员宅基地

暑假过半刚放假时候的新鲜感已经消磨殆尽父母又整日在办公室上班为了能让码农爸妈的孩子们享受暑假的乐趣bring kids to work day成为hulu每年夏天的必备节目往年的亲子节都...

【智能合约】Solidity - 编程实例_宣之于口的博客-程序员宅基地

Solidity - 编程实例1. 投票接下来的合约非常复杂,但展示了很多Solidity的特性。它实现了一个投票合约。当然,电子选举的主要问题是如何赋予投票权给准确的人,并防止操纵。我们不能解决所有的问题,但至少我们会展示如何委托投票可以同时做到投票统计是自动和完全透明。思路是为每张选票创建一个合约,每个投票选项提供一个短名称。合约创建者作为会长将会给每个投票参与人各自的地址投票权。地址后面的人们

随便推点

Android注入原理和实现方法_哆啦安全的博客-程序员宅基地_安卓 注入

原文链接Android注入原理(大厂面试必问)微信公众号知识星球​

mvc html.actionlink,LinkExtensions.ActionLink Method (System.Web.Mvc.Html) | Microsoft Docs_weixin_39849942的博客-程序员宅基地

LinkExtensions.ActionLink MethodDefinitionAssembly:System.Web.Mvc.dllPackage:Microsoft.AspNet.Mvc v5.2.6ImportantSome information relates to prerelease product that may be substantially modified befor...

基于Spring Boot + Vue 前后端分离个人博客网站设计_Jayco-J的博客-程序员宅基地

个人博客网站摘要一、绪论1.1 课题背景、目的、意义1.2 国内外研究现状1.3 技术介绍1.3.1 Spring Boot1.3.2 MyBatisPlus1.3.3 Shiro1.3.4 Redis1.3.5 Jwt1.3.6 Vue1.3.7 Element-ui1.3.8 Axios1.3.9 前后端分离二、可行性分析2.1 技术可行性分析2.2 时间和资源可行性三、需求分析3.1 用户分析3.2 功能需求分析3.3 流程分析四、结构设计4.1 实体e-r图4.2 数据库设计五、详细设计六、系统测试

数据库分库分表后”跨库分页“查询方案_uiuan00的博客-程序员宅基地

目录分库需求(数据库分库分表解决方案)分页需求问题的提出”跨库分页“查询方案1、全局视野法2、业务折衷法3、终极武器-二次查询法总结分库需求(数据库分库分表解决方案)高并发大流量的互联网架构,一般通过服务层来访问数据库,随着数据量的增大,数据库需要进行水平切分,分库后将数据分布到不同的数据库实例(甚至物理机器)上,以达到降低数据量,增加实例数的扩容目的。...

springboot启动错误: 找不到或无法加载主类_Jayden人生的博客-程序员宅基地

springboot启动错误: 找不到或无法加载主类解决办法切换到编辑器以下位置看看是什么问题导致的错误如果提示maven仓库中的某个jar包不能被读到,可以找到maven仓库中对应的jar包,然后删除掉。切换到开发工具,右键项目名——Maven——Update Project==如果解决了你的问题,欢迎下面留言哦 ==...

google map api_xuchen_si的博客-程序员宅基地

html { height: 100% } body { height: 100%; margin: 0; padding: 0 } #map_canvas { height: 100% } /* // 双击取得坐标(存在放大问题)function initialize() { var mapOptions = {

推荐文章

热门文章

相关标签