ATEIS的音頻處理器在VOIP中的應用

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

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

　　它是建立在IP技術上的分組化、數(shù)字化傳輸技術，其基本原理是：通過語音壓縮算法對話音進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數(shù)據(jù)按IP等相關協(xié)議進行打包，經過IP網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康牡?，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網(wǎng)絡傳送話音的目的。

　　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(tǒng)業(yè)務更多、更好的服務。

　　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電話等設備通信。

　　會話發(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，用于和一個或多個參與者創(chuàng)建、修改和終止會話。SIP 的結構與HTTP (客戶-服務器協(xié)議)相似。客戶機發(fā)出請求，并發(fā)送給服務器，服務器處理這些請求后給客戶機發(fā)送一個響應。該請求與響應形成一次事務。

　　傳統(tǒng)的IP 網(wǎng)絡主要是用來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務，采用的是盡力而為的、無連接的技術，因此沒有服務質量保證，存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數(shù)據(jù)業(yè)務對此要求不高，但話音屬于實時業(yè)務，對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業(yè)務質量。VOIP 電話/VOIP網(wǎng)絡電話的關鍵技術包括：信令技術、編碼技術、實時傳輸技術、服務質量(QoS)保證技術、以及網(wǎng)絡傳輸技術等。

　　信令技術

　　信令技術保證電話呼叫的順利實現(xiàn)和話音質量，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 的會話初始化協(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，且建立呼叫的時間比較長。與H.323相反，SIP 是一種比較簡單的會話初始化協(xié)議。它不像H.323 那樣提供所有的通信協(xié)議,而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP 可以應用于多媒體會議、遠程教學及Internet 電話等領域。

　　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(guī)則資源定位語言描述(SIP Uniform Resource Locators)，這樣易于實現(xiàn)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(shù)據(jù)，因而造成的附加傳輸代價也不大。SIP 的URLL可以嵌入到web 頁或其它超文本鏈路中，用戶只需用鼠標一點即可發(fā)出一個呼叫。與H.323 相比，SIP 還有建立呼叫快，支持傳送電話號碼的特點。如圖所示，以ATEIS的彩色觸摸屏廣播話筒為例，可自定義添加設備的URI，并自由設置“Device Name”名稱和“ZONE”分區(qū)。最后把相應按鈕添加到觸摸屏頁面，實現(xiàn)觸摸選擇分區(qū)廣播對講等功能。

　　編碼技術

　　話音壓縮編碼技術是VOIP技術的一個重要組成部分。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定制出來的一套語音壓縮標準，它代表了對數(shù)PCM(logarithmic pulse-code modulation)抽樣標準，主要用于電話。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64Kbps 未壓縮通道傳輸語音信號。起壓縮率為1：2，即把16位數(shù)據(jù)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(qū)。其中，后者是特別設計用來方便計算機處理的。

　　Ø  G.722 是支持比特率為64, 56和48kbps多頻率語音編碼算法。在G.722中，語音信號的取樣率為每秒16000個樣本。與3.6kHz的頻率語音編碼相比較，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。信號被分為兩個子帶，并且采用ADPCM 技術對兩個子帶的樣本進行編碼。

　　G.722相對于G.711 采樣頻率由8KHZ擴展為16KHZ，語音質量得以提高。將信號劃分為2個子帶(高頻，低頻)，每個子帶中的信號都采用ADPCM(adaptive differential pulse code modulation)進行編碼。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，但提高了語音質量。

　　Ø  G.729 編碼方案是電話帶寬的語音信號編碼的標準，對輸入語音性質的模擬信號用8kHz采樣，16比特線性PCM量化。G.729A是ITU最新推出的語音編碼標準G.729的簡化版本。G.729協(xié)議使用的算法是共軛結構的算術碼本激勵線性預測(CS-ACELP)，它基于CELP編碼模型。由于G.729編解碼器具有很高的語音質量和很低的延時，被廣泛地應用在數(shù)據(jù)通信的各個領域。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的時間多，使用CPU的時間大約是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。脈沖編碼調制是數(shù)字通信的編碼方式之一。主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進行取樣，使其離散化，同時將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化，同時將抽樣值按一組二進制碼來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，故稱為無損編碼。這里采用16KHZ采樣頻率進行抽樣，量化之后每個量化值對應1個16位二進制數(shù)，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，對輸入語音性質的模擬信號用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)絡的可利用空間增加了一倍。G.726具體規(guī)定了一個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(tǒng)中僅選用常用的PCM信號轉換為32kbit/s進行編碼處理，故設備命名為“G.727-32 ”。

　　實時傳輸技術

　　實時傳輸技術主要是采用實時傳輸協(xié)議RTP。RTP 是提供端到端的包括音頻在內的實時數(shù)據(jù)傳送的協(xié)議。RTP 包括數(shù)據(jù)和控制兩部分，后者叫RTCP。RTP 提供了時間標簽和控制不同數(shù)據(jù)流同步特性的機制，可以讓接收端重組發(fā)送端的數(shù)據(jù)包，可以提供接收端到多點發(fā)送組的服務質量反饋。

　　網(wǎng)絡傳輸技術

　　VOIP網(wǎng)絡傳輸技術主要是TCP 和UDP，此外還包括網(wǎng)關互聯(lián)技術、路由選擇技術、網(wǎng)絡管理技術以及安全認證和計費技術等。由于實時傳輸協(xié)議RTP 提供具有實時特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，因此VOIP中可用RTP 來傳送話音數(shù)據(jù)。在RTP 報頭中包含裝載數(shù)據(jù)的標識符、序列號、時間戳以及傳送監(jiān)視等，通常RTP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP 分組來承載,而且為了盡量減少時延，話音凈荷通常都很短。IP、UDP 和RTP 報頭都按最小長度計算，采用UDP這種方式將多路話音插入話音數(shù)據(jù)段中，這樣提高了傳輸效率。

　　另外避免帶寬或多路通話問題造成聲音斷續(xù)，多個IP點聲音不同步問題，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。在實際運用過程中，可能由于帶寬問題造成聲音斷續(xù)，因為封包在傳輸過程中有延時，也有可能封包傳輸丟失，當然封包丟失可通過RTP機制通知發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，在設備中設置1個緩沖BUFFER，等待所有的封包信號到達后再一起送出。這里設置RT最長限制是避免封包一直延時造成永久等待。

　　實際應用

　　如圖所示：ATEIS的LAP G2T數(shù)字音頻處理器、ECS遠程回聲消除系統(tǒng)、IDA8消防廣播系統(tǒng)、Senator全數(shù)字會議系統(tǒng)、PPM-IT5觸摸屏多分區(qū)廣播話筒均支持VOIP功能，并能和IP電話融合，對于模擬電話需要和IP電話會議融合，只需配置ATEIS的TERRA-FXO電話接口機轉IP的設備即可實現(xiàn)。

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

　　以下是Senator全數(shù)字會議系統(tǒng)VOIP的回聲消除原理圖

　　關于 ATEIS( 亞提斯 ) ：

　　亞提斯總部位于瑞士，為商業(yè)音頻系統(tǒng)、體育場館、公共廣播系統(tǒng)等音頻應用領域提供高品質數(shù)字音頻產品、系統(tǒng)解決方案，具有超過三十年的企業(yè)歷史和行業(yè)經驗。其商業(yè)音響產品、公共廣播系統(tǒng)、聲音報警系統(tǒng)、柜臺對講機，在歐洲市場上占有率持續(xù)性增長，是歐洲數(shù)字音頻領域的行業(yè)領導者。

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

　　公司研發(fā)團隊由一支六十多個工程師組成的研發(fā)團隊和不斷的資金投入，我們可以快速應對不同市場的具體解決方案和尖端科技的要求。公司已經遍布歐洲和中東超過十五個國家及地區(qū)，并且承接了許多國際著名的工程。

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