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淺網絡電話(voip)原理和實現的方法

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今天跟大家聊聊網絡電話的實現原理,很多人知道網絡電話,但不清楚實現的原理,今天就碰到一個懂一點點技術的客戶,聊到這塊,也順便帶大家一起了解網絡電話是如何實現打電話的。 網絡電話,又稱VOIP(Voice over Internet Protocol)通過IP數據包發送實現的語音業務,是傳輸語音的一種方式,它把語音分解成構成數據的字節通過互聯網傳輸到目的地。通俗來說也就是互聯網電話或IP電話,使用 VOIP協議,不管是因特網、企業內部互連網還是局域網都可以實現語音通信。一個使用 VOIP 的網絡中,語音信號經過數字化,壓縮并轉換成 IP 包,然后在 IP 網絡中進行傳輸。VOIP 信令協議用于建立和取消呼叫,傳輸用于定位用戶以及協商能力所需的信息。電話網絡的主要特點是低成本;數據、語音和視頻在同一網絡上的合成;集中式網絡上的新服務以及對終端用戶的簡單化管理。 網絡電話的基本結構由網關(GW)和網守(GK)兩部分構成。網關的主要功能是信令處理、H.323協議處理、語音編解碼和路由協議處理等,對外分別提供與PSTN 網連接的中繼接口以及與IP 網絡連接的接口。網守的主要功能是用戶認證、地址解析、帶寬管理、路由管理、安全管理和區域管理。一個典型的呼叫過程是:呼叫由PSTN 語音交換機發起,通過中繼接口接入到網關,網關獲得用戶希望呼叫的被叫號碼后,向網守發出查詢信息,網守查找被叫網守的IP 地址,并根據網絡資源情況來判斷是否應該建立連接。如果可以建立連接,則將被叫網關的IP 地址通知給主叫網關,主叫網關在得到被叫網關的IP 地址后,通過IP 網絡與對方網關建立起呼叫連接,被叫則網關向PSTN 網絡發起呼叫并由交換機向被叫用戶振鈴,被叫摘機后,被叫側網關和交換機之間的話音通道被連通,網關之間則開始利用H.245協議進行能力交換,確定通話使用的編解碼,在能力交換完成后,主被叫方即可開始通話。
宏觀上講可以分為軟件電話和硬件電話。軟件電話就是在電腦上下載軟件, 然后購買網絡電話卡,然后通過耳麥實現和對方(固話或手機)進行通話; 硬件電話比較適合公司、話吧等使用,首先要一個語音網關,網關一邊接到路由器上,另一邊接到普通的話機上,然后普通話機即可直接通過網絡自由呼出了。  網絡電話就有4 種:電話到電話、電話到PC、PC 到電話和PC 到PC。具體如下:
  ⑴PC 到PC:最初網絡電話方式主要是PC 到PC,利用IP 地址進行呼叫,通過語音壓縮、打包傳送方式,實現因特網上PC 機間的實時話音傳送,話音壓縮、編解碼和打包均通過PC 上的處理器、聲卡、網卡等硬件資源完成,這種方式和公用電話通信有很大的差異,且限定在因特網內,所以有很大的局限性。簡單地說,計算機與計算機在因特網上打電話的過程包括以下5個實現步驟:1、首先,通過本地機的聲卡將聲音信息記錄下來;2、使用軟件將聲音文件轉化為一種壓縮的數據文件;3、通過網絡將數據文件傳送到接聽電話的一方;4、對方軟件將數據文件還原為聲音文件;5、通過對方聲卡將聲音播放出來。

  ⑵電話到電話:電話到電話即普通電話經過電話交換機連到網絡電話網關,用電話號碼穿過IP 網進行呼叫,發送端網關鑒別主叫用戶,翻譯電話號碼/網關IP 地址,發起電話/網絡電話呼叫,連接到最靠近被叫的網關,并完成話音編碼和打包,接收端網關實現拆包、解碼和連接被叫。
  ⑶電話到PC :電話到PC 是由網關來完成IP 地址和電話號碼的對應和翻譯,以及話音編解碼和打包。
  ⑷PC 到電話:PC 到電話也是由網關來完成IP 地址和電話號碼的對應和翻譯,以及話音編解碼和打包。
網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、以及網絡傳輸技術等。
  信令技術:我們講下我們網絡電話常用的SIP信令,SIP 是一種應用層協議,可以用UDP 或TCP 作為其傳輸協議。與H.323 不同的是:SIP 是一種基于文本的協議,用SIP 規則資源定位語言描述(SIP Uniform Resource Locators),這樣易于實現和調試,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也不大。SIP 的URLL 甚至可以嵌入到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。
  編碼技術:話音壓縮編碼技術是網絡電話技術的一個重要組成部分。主要的編碼技術有ITU-T 定義的G.729、G.723(G.723.1)G711等。其中G.729 可將經過采樣的64kbit/s 話音以幾乎不失真的質量壓縮至8kbit/s。由于在分組交換網絡中,業務質量不能得到很好保證,因而需要話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 原來是8kbit/s 的話音編碼標準,工作范圍擴展至6.4~11.8kbit/s,話音質量也在此范圍內有一定的變化,但即使是⒍4kbit/s,話音質量也還不錯,因而很適合在VoIP 系統中使用。G723.1 采用5.3/6.3K bit/s 雙速率話音編碼,其話音質量好,但是處理時延較大,它是已標準化的最低速率的話音編碼算法,G711采樣率為8k每秒。它利用一個 64Kbps 未壓縮通道傳輸語音訊號,音質方面有更大的優勢,但帶寬也相相應占用比較大。我們現在用的網絡電話APP大部分都是G729或者高清的G711編碼。
  下面跟大說講下這幾種編碼所占帶寬問題
帶寬=包長度×每秒包數
=包長度×(1/打包周期)
=(Ethernet頭+IP頭+UDP頭+RTP頭+有效載荷)×(1/打包周期)
=(208bit +160bit+64bit+96bit +有效載荷)×(1/打包周期)
=(528bit+(打包周期(秒)×每秒的比特數))×(1/打包周期)
=( 528 / 打包周期 ) + 每秒比特數
按照上面的計算公式:
G711:20ms打包,帶寬為 ( 528/20 + 64) Kbit/s=90.4 Kbit/s
G729:20ms打包,帶寬為 ( 528/20 + 8 ) Kbit/s= 34.4 Kbit/s
G723:5.3k,30ms打包,帶寬為 ( 528/30 + 5.3 ) Kbit/s=22.9 Kbit/s
如果看不懂上面的計算方法,只需記住以下結果:
G711 實際占用帶寬 每線90.4kbit/s 100線并發占用 9Mbps
G729 實際占用帶寬 每線34.4kbit/s 100線并發占用 3.4Mbps
G723 實際占用帶寬 每線22.9kbit/s 100線并發占用 2.2Mbps
  想要了解的更為詳細,可以去從協議,信令,軟交換,中繼線路這四塊業務了解,協議可以先了解SIP協議,信令可以了解G729,軟交換可以了解下開源的asterisk或者freeswitch等等,中繼落地,可以咨詢運營商。

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