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IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)與IP可視對(duì)講技術(shù)的比較

2007/12/13

　　近幾年，隨著IP可視對(duì)講技術(shù)的逐漸成熟，IP可視對(duì)講產(chǎn)品也逐步得到了普及應(yīng)用。然而，一些廠家為了節(jié)省龐大的研發(fā)費(fèi)用，將IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)直接移植到IP可視對(duì)講產(chǎn)品中，消費(fèi)者無(wú)法辨識(shí)真假。為此，本文將通過(guò)對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)與IP可視對(duì)講技術(shù)的分別闡述，并進(jìn)行比較，以幫助廣大消費(fèi)者辨別真?zhèn)蜪P可視對(duì)講產(chǎn)品。

　　IP網(wǎng)絡(luò)電話泛指在以IP（Internet Protocol）為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行話音通訊的系統(tǒng)，它采用的技術(shù)統(tǒng)稱為VoIP(Voice over IP)，即IP上傳送話音。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用的都是分組交換技術(shù)，其傳送的數(shù)據(jù)單元都是由控制部分和數(shù)據(jù)部分封裝而成的獨(dú)立數(shù)據(jù)包，通常稱之為“分組”，因此，從更一般的意義上來(lái)說(shuō)，VoIP屬于分組話音通信的范疇。

　　而從技術(shù)上說(shuō)，IP網(wǎng)絡(luò)電話則是以IP為標(biāo)志的網(wǎng)絡(luò)分組化和以多媒體為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)綜合化兩大主流技術(shù)融合的結(jié)果。隨著分組通信技術(shù)、綜合業(yè)務(wù)通信技術(shù)，以及IP通信技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是90年代以來(lái)以TCP/IP為核心協(xié)議的因特網(wǎng)（Internet）在全球范圍內(nèi)超乎尋常的大發(fā)展，使得以IP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成倍增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成倍增長(zhǎng)又導(dǎo)致IP網(wǎng)絡(luò)的大力擴(kuò)建，增加其帶寬，有效提高了Internet傳送質(zhì)量；反過(guò)來(lái)，它又促進(jìn)了Internet業(yè)務(wù)的發(fā)展和用戶數(shù)的增長(zhǎng)。

　　Internet已從單純的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)入包括聲音和圖像在內(nèi)的多媒體通信領(lǐng)域，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)壁壘分明的界線已經(jīng)被打破。Internet進(jìn)入電信服務(wù)的第一步，自然就是用戶面最為廣泛的基于IP的分組話音通信，即IP網(wǎng)絡(luò)電話。

IP網(wǎng)絡(luò)電話關(guān)鍵技術(shù)

　　IP網(wǎng)絡(luò)電話由于具有價(jià)格低廉、可以靈活提供各種增值業(yè)務(wù)、有利于企業(yè)建立高效綜合服務(wù)內(nèi)部網(wǎng)、有利于運(yùn)營(yíng)商開(kāi)拓新的市場(chǎng)及有助于和新技術(shù)的融合等的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，使得IP網(wǎng)絡(luò)電話能夠贏得市場(chǎng)的青睞。其關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，即話音處理技術(shù)、IP話音通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理和安全技術(shù)、終端技術(shù)及視頻編碼技術(shù)。

　　話音處理技術(shù)是IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)的重要組成部分，IP網(wǎng)絡(luò)電話中的話音處理主要解決兩個(gè)問(wèn)題。一是在保證一定話音質(zhì)量的前提下盡可能降低編碼比特率，二是在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保證一定的通話質(zhì)量。前者主要是話音編碼技術(shù)，包括靜音檢測(cè)；后者包括分組丟失補(bǔ)償和回波抵消技術(shù)。在話音通信中，時(shí)延指標(biāo)是主要的，時(shí)延過(guò)大會(huì)使聽(tīng)話者有不連續(xù)的感覺(jué)，而時(shí)延抖動(dòng)是次要的。另外，話音編碼算法需要考慮三個(gè)方面的問(wèn)題：編碼比特率、話音質(zhì)量和算法復(fù)雜度。一般來(lái)說(shuō)，這些指標(biāo)是有矛盾的，比特率越低，線路的利用率越高，但話音質(zhì)量會(huì)受到影響；在同樣比特率情況下，算法設(shè)計(jì)越復(fù)雜，話音質(zhì)量就會(huì)有所提高，但處理時(shí)延將增加。目前在PSTN中廣泛應(yīng)用的是PCM話音編碼，其比特率為64Kbit/s，話音采樣率是8KHz。它屬于波形編碼類型。通常，這類編碼的最低比特率為32Kbit/s，即ADPCM。若要進(jìn)一步降低其比特率，特別是低于16Kbit/s的低比特率編碼方案，必須采用新的編碼原理，這就是參數(shù)編碼，又稱作聲碼器（Vocoder）技術(shù)。它是通過(guò)模擬人的發(fā)聲器官，提取模型參數(shù)來(lái)降低話音信息編碼率的。

　　目前，IP網(wǎng)絡(luò)電話最常用的是G.729和G.723話音編碼。G.729是8Kbit/s的LPAS聲碼器，線性預(yù)測(cè)采用前饋型前向自適應(yīng)技術(shù)，并使用預(yù)示提高合成模型的精度。G.723是雙速率LPA聲碼器，低速率的編碼比特率為5.3Kbit/s，高速率的編碼比特率為6.3Kbit/s，線性預(yù)測(cè)也采用前饋型前向自適應(yīng)，并使用預(yù)視。G.723主要應(yīng)用于低比特率可視電話。

　　靜音檢測(cè)又稱話音活動(dòng)性檢測(cè)，它是一種靜音壓縮技術(shù)，實(shí)用的靜音壓縮技術(shù)由話音活動(dòng)性檢測(cè)器和舒適噪聲生成器兩個(gè)部分組成。分組丟失補(bǔ)償主要以處理在傳輸過(guò)程中分組的丟失為主要目的。因?yàn)樵贗P網(wǎng)絡(luò)中分組的丟失是不可避免的，丟失的原因可能是線路誤碼或者網(wǎng)絡(luò)路由器故障，更常見(jiàn)的原因則是傳輸時(shí)延過(guò)長(zhǎng)或網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致分組被丟棄。

　　回波抵消主要針對(duì)通話回聲的抑制，對(duì)于純IP電話系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于話音信號(hào)的接收和發(fā)送經(jīng)由不同的物理線路，也就是所謂的四線制，因此不存在回音的問(wèn)題。如果IP網(wǎng)和PSTN互連，通信雙方至少有一方是二線制電話，涉及有混合線圈的2/4線轉(zhuǎn)換電力，就會(huì)產(chǎn)生回音。（其原理如圖1所示）理論上說(shuō)，混合線圈對(duì)端間的衰耗應(yīng)為無(wú)窮大，這樣IP電話發(fā)出的話音信號(hào)只能送到PSTN電話，不會(huì)串到對(duì)端。可是，實(shí)際上混合線圈很難做到完全平衡，這樣一部分信號(hào)將漏到對(duì)端返回IP電話，如果傳輸時(shí)延較長(zhǎng)，發(fā)話者就會(huì)感到明顯的回聲，嚴(yán)重干擾通話。

　　回波抵消就是通過(guò)自適應(yīng)方法估計(jì)回波信號(hào)的大小，然后在接收信號(hào)中減去此估計(jì)值。這種方法雖然比較復(fù)雜，但是已有專用芯片推出，因此得到廣泛的應(yīng)用。在IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN互通的情況下，回波抵消功能一般由網(wǎng)關(guān)完成。

　　除此之外，IP話音通信協(xié)議包含有話音通信控制協(xié)議、話音信息傳送協(xié)議、會(huì)議電話控制協(xié)議及實(shí)時(shí)控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)管理和安全技術(shù)主要體現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)的安全性如鑒權(quán)、權(quán)限驗(yàn)證、加密等和IP網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)必須具有的計(jì)費(fèi)功能和運(yùn)營(yíng)商間互操作管理功能等方面。而終端技術(shù)則主要體現(xiàn)在基于以太網(wǎng)的專用IP電話機(jī)。此類話機(jī)具有許多PC機(jī)的特性，比如典型的如RJ-45接口、具有自己的IP地址、內(nèi)置多種話音壓縮編碼等等。

　　IP網(wǎng)絡(luò)可視電話的視頻編碼技術(shù)

　　IP網(wǎng)絡(luò)可視電話，即在IP網(wǎng)絡(luò)電話的基礎(chǔ)上增加了視頻傳輸功能。

　　在IP網(wǎng)絡(luò)可視電話中，視頻編碼技術(shù)是視頻處理的重要組成部分，目前最常用的視頻編碼為MPEGx及H.26x系列，筆者以H.26x系列為例進(jìn)行分析。

　　H.261是最早出現(xiàn)的視頻編碼建議，目的是規(guī)范ISDN網(wǎng)上的會(huì)議電視和可視電話應(yīng)用中的視頻編碼技術(shù)。它采用的算法結(jié)合了可減少時(shí)間冗余的幀間預(yù)測(cè)和可減少空間冗余的DCT變換的混合編碼方法。和ISDN信道相匹配，其輸出碼率是p×64kbit/s。p取值較小時(shí)，只能傳清晰度不太高的圖像，適合于面對(duì)面的電視電話；p取值較大時(shí)（如 p＞6），可以傳輸清晰度較好的會(huì)議電視圖像。H.263建議的是低碼率圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上是對(duì)H.261的改進(jìn)和擴(kuò)充，支持碼率小于64kbit/s的應(yīng)用。但實(shí)質(zhì)上，H.263以及后來(lái)的H.263+和H.263++已發(fā)展成支持全碼率應(yīng)用的建議，從它支持眾多的圖像格式這一點(diǎn)就可看出，如Sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF甚至16CIF等格式。
IP可視對(duì)講技術(shù)的特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)

　　IP可視對(duì)講又稱為全數(shù)字對(duì)講，它是在原有的總線式可視對(duì)講系統(tǒng)的基礎(chǔ)上演變過(guò)來(lái)的數(shù)字化產(chǎn)品。IP可視對(duì)講系統(tǒng)采用當(dāng)前最新的數(shù)字音視頻壓縮、DSP、嵌入式及流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，結(jié)合家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用小區(qū)的以太網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò)流傳送，集成報(bào)警、門(mén)禁、智能家電等控制功能，提供短信、公告等增值服務(wù)。核心模塊是基于TCP/IP協(xié)議的可視對(duì)講系統(tǒng)（包含戶內(nèi)機(jī)/門(mén)口機(jī)/圍墻機(jī)/管理機(jī)），提供核心控制與調(diào)度、音視頻處理與壓縮、網(wǎng)絡(luò)控制與傳輸、以及周邊設(shè)備（如RS232/RS485）控制等功能。

　　IP可視對(duì)講系統(tǒng)主要特點(diǎn)是門(mén)口主機(jī)、室內(nèi)分機(jī)、管理中心控制主機(jī)的音視頻信號(hào)均采用數(shù)字壓縮處理后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送及接收，設(shè)備之間均采用網(wǎng)絡(luò)線連接方式，安裝及聯(lián)網(wǎng)方便快捷（可直接并入小區(qū)內(nèi)現(xiàn)成的到戶網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須另行布線）。室內(nèi)分機(jī)還提供視頻信號(hào)輸入接口，可外接視頻信號(hào)（如攝像機(jī)等視頻設(shè)備）；8路的報(bào)警輸入輸出接口（輸入輸出可定義），可接紅外/微波探測(cè)器、幕簾式探測(cè)器、門(mén)磁等報(bào)警探測(cè)設(shè)備及警號(hào)、警燈等報(bào)警輸出控制設(shè)備；系統(tǒng)還支持互聯(lián)網(wǎng)接入功能，支持遠(yuǎn)程異地聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控功能，直接通過(guò)IE方式即可進(jìn)行圖像及聲音的瀏覽、報(bào)警的布撤防功能。

特點(diǎn) 技術(shù)參數(shù) IP可視對(duì)講和IP網(wǎng)絡(luò)電話的比較

　　近幾年來(lái)，IP可視對(duì)講憑借其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越得到普及，其市場(chǎng)份額也越來(lái)越大。因此越來(lái)越多的商家投入到IP可視對(duì)講產(chǎn)品的制造行列，有些商家為了節(jié)省龐大的研發(fā)費(fèi)用干脆拿現(xiàn)成的IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)直接移植到IP可視對(duì)講產(chǎn)品中，其中最為突出的就是以飛利浦芯片為主的解決方案。那么這樣做的后果是什么呢？存在哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？讓我們從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行比較。

　　1、從通訊模式來(lái)看，IP可視對(duì)講系統(tǒng)和IP網(wǎng)絡(luò)（可視）電話存在本質(zhì)上的區(qū)別。IP網(wǎng)絡(luò)電話主要存在PC-PC通信、電話—電話通信、PC—電話通信和IP用戶控制的電話—電話通信，IP可視對(duì)講主要存在大門(mén)口主機(jī)—室內(nèi)分機(jī)、門(mén)口主機(jī)—室內(nèi)分機(jī)、門(mén)口主機(jī)—管理中心機(jī)和室內(nèi)分機(jī)—室內(nèi)分機(jī)。例如：北京的用戶甲通過(guò)辦公室的電腦（IP語(yǔ)音終端）與廣州的用戶乙的辦公室電腦（IP語(yǔ)音終端）之間進(jìn)行通話，當(dāng)然也可以是視頻電話類的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這就是典型的PC-PC通信。在某個(gè)小區(qū)內(nèi)，訪客A通過(guò)裝于小區(qū)入口的大門(mén)口主機(jī)（IP大門(mén)口主機(jī)）與該小區(qū)內(nèi)某個(gè)單元某層某室住戶B的室內(nèi)可視分機(jī)（IP室內(nèi)數(shù)字終端）進(jìn)行通話、對(duì)講，這就是典型的大門(mén)口主機(jī)-室內(nèi)分機(jī)之間通訊模式。

　　2、從信號(hào)傳輸?shù)穆窂絹?lái)看，IP網(wǎng)絡(luò)電話側(cè)重于因特網(wǎng)（Internet）之間的通信，如用戶甲和用戶乙之間是通過(guò)兩地之間的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊；而IP可視對(duì)講側(cè)重于LAN(或VLAN)之間的通信，如訪客A和住戶B之間是通過(guò)小區(qū)內(nèi)的局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者之間的通訊。因特網(wǎng)（Internet）之間的通信只應(yīng)用在少數(shù)的遠(yuǎn)程控制。如住戶B在辦公室的電腦上通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)控制自己家中的室內(nèi)數(shù)字終端，完成防區(qū)的布/撤防、家電的控制及圖像的查看等操作。

　　3、在音視頻編碼方面，IP網(wǎng)絡(luò)電話更多的是考慮帶寬的影響，而在音視頻質(zhì)量和傳輸網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況之間進(jìn)行取舍和平衡，選取高壓縮率的音視頻編碼算法（G.729, H.264）對(duì)其具有十分的必要性。然而，高壓縮率的編碼勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致圖像和聲音質(zhì)量的下降，加上編碼器產(chǎn)生的各種時(shí)延（算法時(shí)延、計(jì)算時(shí)延、復(fù)用時(shí)延和傳輸時(shí)延），必然會(huì)導(dǎo)致圖像及聲音的質(zhì)量下降，這與我們?cè)陔娔X上用QQ視頻聊天的情況是類似的。即便是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較好的情況下圖像也不是十分的流暢，圖像的清晰度也不是很好，聲音聽(tīng)起來(lái)存在斷續(xù)現(xiàn)象，失真比較嚴(yán)重。在IP可視對(duì)講中，這種情況將更加嚴(yán)重。因?yàn)樵贗P網(wǎng)絡(luò)電話中使用的終端多為電話機(jī)及PC型的話音終端，話機(jī)產(chǎn)生的回聲可以通過(guò)回波消除的方法進(jìn)行消除，而在IP可視對(duì)講系統(tǒng)中使用的終端多為單線制（聲音為一條線）的免提室內(nèi)分機(jī)和門(mén)口主機(jī)，這樣的主機(jī)和分機(jī)所產(chǎn)生的回音要比電話機(jī)大得多，此時(shí)的回聲不僅有電路造成的電回聲，同時(shí)還具有機(jī)器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的聲回聲。如何消除這類回聲，這可以說(shuō)是世界性的難題。

　　4、從系統(tǒng)及用戶的使用要求來(lái)看，IP可視對(duì)講要比IP網(wǎng)絡(luò)（可視）電話要高得多。IP網(wǎng)絡(luò)（可視）電話要求能聽(tīng)得到對(duì)方聲音（和看得到對(duì)方的圖像）就足夠了，至于聲音及圖像的質(zhì)量那就要看網(wǎng)絡(luò)的情況來(lái)定了。這一點(diǎn)用戶心里也很清楚，為了省點(diǎn)錢(qián)差就差點(diǎn)啦，只要能說(shuō)得過(guò)去就行了。要是無(wú)法接受的話還可以有很多的選擇余地，如用有線電話、小靈通、GSM移動(dòng)電話等等。而IP可視對(duì)講主要針對(duì)小區(qū)的住戶，是房地產(chǎn)商提供給小區(qū)所有住戶使用的門(mén)禁可視對(duì)講系統(tǒng)。它的使用者是小區(qū)住戶，實(shí)際購(gòu)買(mǎi)者也是下區(qū)住戶，它的質(zhì)量好壞、系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響小區(qū)住戶的自身安全及切身利益。類似QQ視頻聊天這樣的效果產(chǎn)品給住戶作為門(mén)禁可視對(duì)講產(chǎn)品，住戶肯定是接受不了的。另外作為IP可視對(duì)講系統(tǒng)的重要組成部分——IP室內(nèi)數(shù)字終端，它往往是集成多種功能于一體的，它既是門(mén)禁可視對(duì)講系統(tǒng)的室內(nèi)可視分機(jī)，同時(shí)又可以是家居安防系統(tǒng)的報(bào)警主機(jī)，同時(shí)又可以是智能家居系統(tǒng)的家電控制器，同時(shí)又是網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)等。這種情況下住戶對(duì)它的要求就更高了，因?yàn)樗歉舻陌踩窍⑾⑾嚓P(guān)的。比如IP網(wǎng)絡(luò)電話的語(yǔ)音終端出問(wèn)題，大不了就是通不了話而已，然而要是IP可視對(duì)講的室內(nèi)數(shù)字終端出故障就會(huì)導(dǎo)致用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。兩者的安全系數(shù)要求完全不是處于同一平臺(tái)的。

結(jié)論：IP可視對(duì)講≠I(mǎi)P網(wǎng)絡(luò)電話

　　通過(guò)以上分析，IP可視對(duì)講和IP網(wǎng)絡(luò)電話不論從通訊模式、信號(hào)傳輸?shù)耐緩健⒁粢曨l編碼方式還是從系統(tǒng)及用戶的使用要求來(lái)看，兩者之間都存在本質(zhì)的不同。一味地將IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)原封不動(dòng)地移植到IP可視對(duì)講中來(lái)，其結(jié)果可想而知。所幸的是，國(guó)內(nèi)一些廠家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了其中厲害關(guān)系，紛紛投以巨資進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)。針對(duì)IP可視對(duì)講有別于IP網(wǎng)絡(luò)電話的特點(diǎn)，創(chuàng)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的音視頻編碼算法，很好地解決了這一難題（包括回聲消除及音視頻信號(hào)傳輸質(zhì)量的保障），既充分滿足了IP可視對(duì)講對(duì)聲音和圖像的要求，又解決了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸拞?wèn)題。相信隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人們生活水平的提高，IP可視對(duì)講將更穩(wěn)定可靠，更容易走進(jìn)千家萬(wàn)戶。

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