VOIP是建立在IP技術(shù)上的分組化、數字化傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過(guò)語(yǔ)音壓縮算法對語(yǔ)音數據進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語(yǔ)音數據按ＩＰ等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng)過(guò)ＩＰ網(wǎng)絡(luò )把數據包傳輸到接收地，再把這些語(yǔ)音數據包串起來(lái)，經(jīng)過(guò)解碼解壓處理后，恢復成原來(lái)的語(yǔ)音信號，從而達到由ＩＰ網(wǎng)絡(luò )傳送語(yǔ)音的目的。ＩＰ電話(huà)系統把普通電話(huà)的模擬信號轉換成計算機可聯(lián)入因特網(wǎng)傳送的ＩＰ數據包，同時(shí)也將收到的ＩＰ數據包轉換成聲音的模擬電信號。經(jīng)過(guò)ＩＰ電話(huà)系統的轉換及壓縮處理，每個(gè)普通電話(huà)傳輸速率約占用８～１１ｋｂｉｔ／ｓ帶寬，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為６４ｋｂｉｔ／ｓ的帶寬時(shí)，ＩＰ電話(huà)數是原來(lái)的５～８倍。
VOIP的核心與關(guān)鍵設備是IP電話(huà)網(wǎng)關(guān)。IP電話(huà)網(wǎng)關(guān)具有路由管理功能，它把各地區電話(huà)區號映射為相應的地區網(wǎng)關(guān)IP地址。這些信息存放在一個(gè)數據庫中，有關(guān)處理軟件完成呼叫處理、數字語(yǔ)音打包、路由管理等功能。在用戶(hù)撥打ＩＰ電話(huà)時(shí)，ＩＰ電話(huà)網(wǎng)關(guān)根據電話(huà)區號數據庫資料，確定相應網(wǎng)關(guān)的ＩＰ地址，并將此ＩＰ地址加入ＩＰ數據包中，同時(shí)選擇最佳路由，以減少傳輸時(shí)延，ＩＰ數據包經(jīng)因特網(wǎng)到達目的地ＩＰ電話(huà)網(wǎng)關(guān)。對于因特網(wǎng)未延伸到或暫時(shí)未設立網(wǎng)關(guān)的地區，可設置路由，由最近的網(wǎng)關(guān)通過(guò)長(cháng)途電話(huà)網(wǎng)轉接，實(shí)現通信業(yè)務(wù)。
目前VOIP系統一般由IP電話(huà)終端、網(wǎng)關(guān)(Gateway)、網(wǎng)（關(guān)）守(Gatekeeper)、網(wǎng)管系統、計費系統等幾部分組成。IP電話(huà)終端包括傳統的語(yǔ)音電話(huà)機、ＰＣ、ＩＰ電話(huà)機，也可以是集語(yǔ)音、數據和圖象于一體的多媒體業(yè)務(wù)終端。由于不同種類(lèi)的終端產(chǎn)生的數據源結構是不同的，要在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上傳輸，這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過(guò)一個(gè)適配器進(jìn)行數據轉換，形成統一的ＩＰ數據包。ＩＰ電話(huà)網(wǎng)關(guān)提供ＩＰ網(wǎng)絡(luò )和電話(huà)網(wǎng)之間的接口，用戶(hù)通過(guò)ＰＳＴＮ本地環(huán)路連接到ＩＰ網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負責把模擬信號轉換為數字信號并壓縮打包，成為可以在因特網(wǎng)上傳輸的ＩＰ分組語(yǔ)音信號，然后通過(guò)因特網(wǎng)傳送到被叫用戶(hù)的網(wǎng)關(guān)端，由被叫端的網(wǎng)關(guān)對ＩＰ數據包進(jìn)行解包、解壓和解碼，還原為可被識別的模擬語(yǔ)音信號，再通過(guò)ＰＳＴＮ傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個(gè)完整的電話(huà)到電話(huà)的ＩＰ電話(huà)的通信過(guò)程。關(guān)守實(shí)際上是ＩＰ電話(huà)網(wǎng)的智能集線(xiàn)器，是整個(gè)系統的服務(wù)平臺，負責系統的管理、配置和維護。關(guān)守提供的功能有撥號方案管理、安全性管理、集中帳務(wù)管理、數據庫管理和備份、網(wǎng)絡(luò )管理等等。網(wǎng)管系統的功能是管理整個(gè)ＩＰ電話(huà)系統，包括設備的控制及配置，數據配給，撥號方案管理及負載均衡、遠程監控等。計費系統的功能是對用戶(hù)的呼叫進(jìn)行費用計算，并提供相應的單據和統計報表。計費系統可以由ＩＰ電話(huà)系統制造商提供，也可以由第三方制作，但此時(shí)需ＩＰ電話(huà)系統制造商提供其軟件數據接口。
在實(shí)現方式上，VOIP有電話(huà)機到電話(huà)機、電話(huà)機到PC、PC到電話(huà)機和PC到PC等4種方式。最初VOIP方式主要是PC到PC，利用IP地址進(jìn)行呼叫，通過(guò)語(yǔ)音壓縮、打包傳送方式，實(shí)現因特網(wǎng)上ＰＣ機間的實(shí)時(shí)話(huà)音傳送，話(huà)音壓縮、編解碼和打包均通過(guò)ＰＣ上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源完成，這種方式和公用電話(huà)通信有很大的差異，且限定在因特網(wǎng)內，所以有很大的局限性。電話(huà)到電話(huà)即普通電話(huà)經(jīng)過(guò)電話(huà)交換機連到ＩＰ電話(huà)網(wǎng)關(guān)，用電話(huà)號碼穿過(guò)ＩＰ網(wǎng)進(jìn)行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶(hù)，翻譯電話(huà)號碼／網(wǎng)關(guān)ＩＰ地址，發(fā)起ＩＰ電話(huà)呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成話(huà)音編碼和打包，接收端網(wǎng)關(guān)實(shí)現拆包、解碼和連接被叫。對于電話(huà)到ＰＣ或是ＰＣ到電話(huà)的情況，是由網(wǎng)關(guān)來(lái)完成ＩＰ地址和電話(huà)號碼的對應和翻譯，以及話(huà)音編解碼和打包。
二、VOIP的關(guān)鍵技術(shù)
傳統的IP網(wǎng)絡(luò )主要是用來(lái)傳輸數據業(yè)務(wù)，采用的是盡力而為的、無(wú)連接的技術(shù)，因此沒(méi)有服務(wù)質(zhì)量保證，存在分組丟失、失序到達和時(shí)延抖動(dòng)等情況。數據業(yè)務(wù)對此要求不高，但話(huà)音屬于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對時(shí)序、時(shí)延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來(lái)保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。ＶｏＩＰ的關(guān)鍵技術(shù)包括信令技術(shù)、編碼技術(shù)、實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（ＱｏＳ）保證技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)等。
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信令技術(shù)保證電話(huà)呼叫的順利實(shí)現和話(huà)音質(zhì)量，目前被廣泛接受的VOIP控制信令體系包括ITU-T的H.323系列和IETF的會(huì )話(huà)初始化協(xié)議ＳＩＰ。
ITU的H.323系列建議定義了在無(wú)業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡(luò )上多媒體通信的協(xié)議及其規程。H.323標準是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Ｉｎｔｒａｎｅｔ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的多媒體提供技術(shù)基礎保障。Ｈ．３２３是ＩＴＵ－Ｔ有關(guān)多媒體通信的一個(gè)協(xié)議集，包括用于ＩＳＤＮ的Ｈ．３２０，用于Ｂ－ＩＳＤＮ的Ｈ．３２１和用于ＰＳＴＮ終端的Ｈ．３２４等建議。其編碼機制，協(xié)議范圍和基本操作類(lèi)似于ＩＳＤＮ的Ｑ．９３１信令協(xié)議的簡(jiǎn)化版本，并采用了比較傳統的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的Ｈ．２４５，用于建立連接的Ｈ．２２５．０，用于大型會(huì )議的Ｈ．３３２，用于補充業(yè)務(wù)的Ｈ．４５０．１、Ｈ．４５０．２和Ｈ．４５０．３，有關(guān)安全的Ｈ．２３５，與電路交換業(yè)務(wù)互操作的Ｈ．２４６等。Ｈ．３２３提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )結構，獨立于操作系統和硬件平臺，支持多點(diǎn)功能、組播和帶寬管理。Ｈ．３２３具備相當的靈活性，支持包含不同功能的節點(diǎn)之間的會(huì )議和不同網(wǎng)絡(luò )之間的會(huì )議。Ｈ．３２３建議的多媒體會(huì )議系統中的信息流包括音頻、視頻、數據和控制信息。信息流采用Ｈ．２２５．０建議方式來(lái)打包和傳送。Ｈ．３２３呼叫建立過(guò)程涉及到三種信令：ＲＡＳ（注冊：Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ、許可：Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ和狀態(tài)：Ｓｔａｔｕｓ）信令，Ｈ．２２５．０呼叫信令和Ｈ．２４５控制信令。其中ＲＡＳ信令用來(lái)完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過(guò)程；Ｈ．２２５．０呼叫信令用來(lái)建立兩個(gè)終端之間的連接，這個(gè)信令使用Ｑ．９３１消息來(lái)控制呼叫的建立和拆除，當系統中沒(méi)有網(wǎng)守時(shí)，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個(gè)終端之間打開(kāi)；當系統中包括一個(gè)網(wǎng)守時(shí)，由網(wǎng)守決定在終端與網(wǎng)守之間或是在兩個(gè)終端之間開(kāi)辟呼叫信令信道；Ｈ．２４５控制信令用來(lái)傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開(kāi)和關(guān)閉邏輯信道、模式參數請求、流控消息和通用命令與指令等。Ｈ．２４５控制信令信道建立于兩個(gè)終端之間，或是一個(gè)終端與一個(gè)網(wǎng)守之間。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。此外，Ｈ．３２３不支持多點(diǎn)發(fā)送（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）協(xié)議，只能采用多點(diǎn)控制單元（ＭＣＵ）構成多點(diǎn)會(huì )議，因而同時(shí)只能支持有限的多點(diǎn)用戶(hù)。Ｈ．３２３也不支持呼叫轉移，且建立呼叫的時(shí)間比較長(cháng)。與Ｈ．３２３相反，ＳＩＰ是一種比較簡(jiǎn)單的會(huì )話(huà)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(huì )話(huà)或呼叫的建立與控制功能。SIP可以應用于多媒體會(huì )議、遠程教學(xué)及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ電話(huà)等領(lǐng)域。ＳＩＰ既支持單點(diǎn)發(fā)送（Ｕｎｉｃａｓｔ）也支持多點(diǎn)發(fā)送，會(huì )話(huà)參加者和媒體種類(lèi)可以隨時(shí)加入一個(gè)已存在的會(huì )議。ＳＩＰ可以用來(lái)呼叫人或機器設備，如呼叫一個(gè)媒體存儲設備記錄一個(gè)會(huì )議，或呼叫一個(gè)點(diǎn)播電視服務(wù)器向會(huì )議播放視頻信號。ＳＩＰ是一種應用層協(xié)議，可以用ＵＤＰ或ＴＣＰ作為其傳輸協(xié)議。與Ｈ．３２３不同的是：ＳＩＰ是一種基于文本的協(xié)議，用ＳＩＰ規則資源定位語(yǔ)言描述（ＳＩＰＵｎｉｆｏｒｍ ＲｅｓｏｕｒｃｅＬｏｃａｔｏｒｓ），這樣易于實(shí)現和調試，更重要的是靈活性和擴展性好。由于ＳＩＰ僅作于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數據，因而造成的附加傳輸代價(jià)也不大。ＳＩＰ的ＵＲＬ甚至可以嵌入到ｗｅｂ頁(yè)或其它超文本鏈路中，用戶(hù)只需用鼠標一點(diǎn)即可發(fā)出一個(gè)呼叫。與Ｈ．３２３相比，ＳＩＰ還有建立呼叫快，支持傳送電話(huà)號碼的特點(diǎn)。
２．編碼技術(shù)話(huà)音壓縮編碼技術(shù)是ＩＰ電話(huà)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。
目前，主要的編碼技術(shù)有ＩＴＵ－Ｔ定義的Ｇ．７２９、Ｇ．７２３（Ｇ．７２３．１）等。其中Ｇ．７２９可將經(jīng)過(guò)采樣的６４ｋｂｉｔ／ｓ話(huà)音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至８ｋｂｉｔ／ｓ。由于在分組交換網(wǎng)絡(luò )中，業(yè)務(wù)質(zhì)量不能得到很好保證，因而需要話(huà)音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度的可變可適應性。Ｇ．７２９原來(lái)是８ｋｂｉｔ／ｓ的話(huà)音編碼標準，現在的工作范圍擴展至６．４～１１．８ｋｂｉｔ／ｓ，話(huà)音質(zhì)量也在此范圍內有一定的變化，但即使是６．４ｋｂｉｔ／ｓ，話(huà)音質(zhì)量也還不錯，因而很適合在ＶｏＩＰ系統中使用。Ｇ７２３．１采用５．３／６．３ｋｂｉｔ／ｓ雙速率話(huà)音編碼，其話(huà)音質(zhì)量好，但是處理時(shí)延較大，它是目前已標準化的最低速率的話(huà)音編碼算法。表１為Ｇ．７２３．１、Ｇ．７２９和Ｇ．７２９Ａ的部分性能比較。此外，靜音檢測技術(shù)和回聲消除技術(shù)也是ＶｏＩＰ中十分關(guān)鍵的技術(shù)。靜音檢測技術(shù)可有效剔除靜默信號，從而使話(huà)音信號的占用帶寬進(jìn)一步降低到３．５ｋｂｉｔ／ｓ左右；回聲消除技術(shù)主要利用數字濾波器技術(shù)來(lái)消除對通話(huà)質(zhì)量影響很大回聲干擾，保證通話(huà)質(zhì)量。這點(diǎn)在時(shí)延相對較大的ＩＰ分組網(wǎng)絡(luò )中尤為重要。
３．實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)主要是采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議ＲＴＰ。
?。遥裕惺翘峁┒说蕉说陌ㄒ纛l在內的實(shí)時(shí)數據傳送的協(xié)議。ＲＴＰ包括數據和控制兩部分，后者叫ＲＴＣＰ。RTP提供了時(shí)間標簽和控制不同數據流同步特性的機制，可以讓接收端重組發(fā)送端的數據包，可以提供接收端到多點(diǎn)發(fā)送組的服務(wù)質(zhì)量包饋。
４．ＱｏＳ保障技術(shù)ＶｏＩＰ中主要采用資源預留協(xié)議（ＲＳＶＰ）以及進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量監控的實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議ＲＴＣＰ來(lái)避免網(wǎng)絡(luò )擁塞，保障通話(huà)質(zhì)量。
５．網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)ＶｏＩＰ中網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)主要是ＴＣＰ和ＵＤＰ，此外還包括網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)、路由選擇技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)以及安全認證和計費技術(shù)等。由于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議ＲＴＰ提供具有實(shí)時(shí)特征的、端到端的數據傳輸業(yè)務(wù)，因此ＶｏＩＰ中可用ＲＴＰ來(lái)傳送話(huà)音數據。在ＲＴＰ報頭中包含裝載數據的標識符、序列號、時(shí)間戳以及傳送監視等，通常ＲＴＰ協(xié)議數據單元是用ＵＤＰ分組來(lái)承載，而且為了盡量減少時(shí)延，話(huà)音凈荷通常都很短。ＩＰ、ＵＤＰ和ＲＴＰ報頭都按最小長(cháng)度計算。ＶｏＩＰ話(huà)音分組開(kāi)銷(xiāo)很大，采用ＲＴＰ協(xié)議的ＶｏＩＰ格式，在這種方式中將多路話(huà)音插入話(huà)音數據段中，這樣提高了傳輸效率。
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