VoIP的基本传输过程简介

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。本文主要介绍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1所示。从图1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。

图1 VoIP的模型结构

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240ms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2所示。

图2 VoIP传输的基本过程