VINETIC語音處理器在VoIP解決方案中的應用

　　在提供低成本電話服務的競爭性電信運營商（CLEC）的推動下，IP語音技術（Voice over IP，簡稱VoIP）已經做好了大規模部署的準備，并集成到了老牌電信運營商（ILEC）網絡中。
　　但是，一直以來VoIP服務質量的欠缺阻礙了其真正成
為傳統的老式電話業務（POTS）的威脅。不過，以后這種情況將不復存在。芯片制造商們正在采取重大措施，確保通過IP網絡傳輸的語音服務質量（QoS）與POTS完全相同。
　　VoIP為服務提供商帶來了新機會。由于VoIP能將數據和語音服務集成在一起，因此它可實現多種應用。為了滿足不同應用的獨特要求，出現了多種經過優化的芯片解決方案。本文將說明這些先進的芯片組和片上系統（SoC）設備如何滿足服務提供商嚴格的QoS要求，同時闡述它們如何實現多功能、高質量、全面集成的VoIP系統設計——這些系統將為VoIP技術的總體成功做出貢獻。
　　QoS性能參數和功能模塊
　　在VoIP領域經常遇到的一個詞是QoS。對于VoIP而言，其重要性主要是體現在語音質量上。人耳對延遲、背景噪聲和其他線路干擾非常敏感，這些干擾在VoIP里通常是
由于回波、抖動和丟包引起的。為了實現高語音質量，VoIP解決方案的所有組件必須以最佳方式進行調節。
　　為了更好地了解新解決方案如何克服QoS挑戰，讓我們先看看這些挑戰是什么。
　　● 抖動——指語音包抵達的不規律性。典型語音源以恒定速度生成語音包。然而，在IP網絡中，數據包并非始終都是按照原來的順序抵達目的地——換句話說，抵達速率并非恒定的，并因此造成抖動。
　　● 回波——指聽到自己聲音的回聲。換句話說，回波就是聲音向接收方傳輸的過程中出現泄漏。
　　● 延遲——也稱為遲延，指語音信號穿過網絡從起點傳輸到終點所耗的時間。人耳對超過50ms的延遲非常敏感。由于IP是“最大速率（best-effort）”連接，數據網絡里的語音包經常遭遇延遲。
　　● 無聲階段——指通話一方聆聽另一方的階段。在這種情況下，沒有必要發送無聲數據包。
　　● 丟包/遲包/早包——這些包不能及時將信息傳輸到語音流中，因此其中的語音信息被丟棄。這種包的數量越高，語音質量越低。壞幀掩蔽（BFM）——也稱為壞幀移植（BFI）或丟包隱蔽（PLC）——可覆蓋一些破壞信息。
　　VoIP系統構件
　　圖1顯示了VoIP系統的主要構件。

　　圖1 VoIP系統構件

　　圖2 典型的VoIP包
　　在VoIP系統中，語音數據以IP包的形式接收（下行）。在網絡處理器里，帶有正確IP地址（標記為“語音服務”）的數據包被選中并被除去IP報頭。通用數據報協議（UDP）報頭然后確定正確的語音端口。圖2顯示了典型的 VoIP包。在除去UDP報頭后，RTP（實時協議）報頭被發送到抖動緩存里。
　　抖動緩存對VoIP網絡和設備的語音質量有著非常重要的影響。抖動緩存的任務是存儲語音包以便覆蓋包抖動。此外，IP網絡沒有固定的傳輸路徑，因此，每個數據包從起點到目的地可選擇不同的路線。這意味著包很少能按照與發送相同的順序抵達。抖動緩存通過確定抵達時間以及適應網絡時間的變化，對數據包進行重新排列，恢復正確的順序。VoIP系統通常采用適應性抖動緩存，可以最好地適應IP網絡的動態性質。最后，正如上面提到的那樣，人耳對語音質量非常敏感。因此，抖動緩存必須進行優化，以便最小化抖動和延遲，而不會造成緩存錯誤（buffer under-run），導致語音中斷。
　　抖動緩存與播放單元密切協作。播放單元負責在正確的時間播放合適的數據包。如果由于遠程站點更高的取樣率導致抖動緩存里的數據包太多，播放單元必須丟棄數據包或取樣。如果沒有數據包，它必須通過類似數據彌補語音間隔。
　　在并行方向，語音事件和無聲階段必須進行探測，并且需要生成合適的音調或噪聲。
　　在播放單元之后，語音被解壓縮，然后發送至數模轉換器，后又傳輸到用戶線路接口電路（SLIC）。SLIC進行4-2線轉換（混合），然后將信號發送至模擬電話。
　　與此同時，在上行方向，或被稱為發送方向，來自電話的模擬語音信號經過SLIC和數模轉換器發送到語音處理單元。這里的第一個裝置是線路回波消除（LEC）單元。由于客戶端設備或線路卡的額定阻抗與電話實際阻抗之間存在不匹配現象，向2線接口的轉換會造成回波。模擬電話的回波尾隨脈沖長度通常在4ms的范圍內。在IP環境中，所有VoIP供應商都必須確保最大限度地消除系統回波。由于在IP系統里，延遲通常更高，因此實現回波消除至關重要。當回波消除到接近原始狀態時，可獲得最好的效果。這被稱之為近端回波消除。
　　一旦回波從系統中消除，語音將進行壓縮并封裝為RTP數據包。與此同時，信令事件，比如調制解調器音調或DTMF（雙音多頻）音，被探測到，并且向網絡處理器發出通知，在必要的情況下通過編碼器自動轉換成事件包。語音包然后被傳輸至處理器，在此，他們相應的UDP和IP報頭被添加，然后發送至以太網端口。
　　上面描述的流程僅與語音呼叫相關。傳真呼叫則利用T.38傳真中繼進行不同的處理，以改進傳輸質量和性能。T.38是運行在網絡處理器上的協議，負責雙方的“連接”。此外，T.38要求將傳真信號調制和解調成數據包。傳真呼叫探測與上述音調探測相同，而取代壓縮/解壓算法的是調制/解調固件。
　　VoIP要實現高的服務質量，要求VoIP設備不同組件之間進行良好交互。語音數據包的傳輸必須在盡可能短的時間內完成，而且必須盡快處理所有數據包，以便確保語音質量與傳統電話服務相同。英飛凌科技公司的VINETIC語音處理器家族能夠克服這些挑戰。通
過將編解碼器和語音處理功能集成到一套設備里，VINETIC能夠將所有實時和性能關鍵型功能封裝在一起。這樣就可輕松實現模塊化配置，在使用相同的網絡處理器和軟件的條件下，能按照需要配置多個語音端口。
　　VINETIC語音處理器
　　英飛凌科技公司的VINETIC語音處理器家族包括多個可靈活伸縮的設備，這些設備在引腳和軟件方面互相兼容，可提供2模擬端口和4模擬端口版本。對于VoIP而言，VINETIC-VIP和VINETIC-M是專用設備，可將組包功能集成到設備里。VIP版本具有全面功能：G.729A/B/E、G.728、G.723.1、G.726和G.711壓縮和T.38傳真中繼數據泵。M版本體積略小，通過利用 G.711或G.726允許語音占用更多帶寬，從而實現更低價格。
　　VINETIC家族還包括針對不同應用的特殊要求進行優化的多種SLIC設備，例如，成本優化型CPE振鈴SLIC和CO級非振鈴和振鈴SLIC。
　　應用和解決方案
　　在了解VoIP設備流程之后，讓我們看看不同的VoIP應用。下面是VoIP的一些主流應用，同時不同的供應商還推出了一些各不同相同的應用。
　　1 支持語音功能的寬帶路由器
　　第一個應用是帶有VoIP功能的寬帶路由器。圖3顯示了一套路由器裝置，可提供一個以太網上行鏈路和多個以太網下行鏈路。無線LAN（WLAN）通過網絡處理器的PCI 接口支持。VoIP語音連接通過使用VINETIC-2CPE（連接有振鈴SLIC以便將語音直接集成到數據系統里）進行添加。作為特殊選件的FXO接口（中繼接口）也顯示在圖上，允許將本地呼叫直接路由至PSTN線路。

　　圖3 支持語音功能的寬帶路由器

　　圖4 模擬電話適配器
　　2 模擬電話適配器
　　第二種應用是眾所周知的模擬電話適配器（ATA），圖4顯示的是成本優化型版本。在電纜調制解調器領域的相同應用也被稱之為獨立媒體終端適配器（SMTA）。
　　ATA是僅支持語音的應用，沒有數據服務。 它通過以太網接口與調制解調器或路由器進行連接。可選擇第二個以太網端口，但數據業務只是進行轉換。VoIP語音服務是通過VINETIC-2CPE和高成本效率網絡處理器或微型控制器實現的。這種設計使系統廠商能針對成本敏感型市場應用開發小型VoIP設備。
　　3 VoIP線路卡
　　第三個例子是VoIP線路卡，顯示了多信道VoIP解決方案的特征，如圖5所示。

　　圖5 VoIP線路卡
　　圖5中的線路卡反映了通過利用VINETIC設備實現的模塊化特征。所有POTS端口都處于并行狀態，并與一個高成本效率的網絡處理器進行連接。由于語音處理和組包在VINETIC設備內進行，處理器的功能就是充當不同語音端口的匯總電路，將他們傳輸至單一以太網接點。
　　VINETIC-4VIP設備適用于包含G.72x聲碼器和T.38傳真中繼的成熟的VoIP服務。VINETIC-4M和VINETIC-4S是兩款引腳和軟件相互兼容成本節約型設備，比VINETIC-4VIP功能略少。
　　VINETIC-4M是VINETIC-4VIP的簡化版本，可僅提供G.711和G.726編碼，同時保持非阻斷型VoIP系統。VINETIC-4S使用“共享線路卡”架構。VINETIC-4VIP設備與VINETIC-4S設備（純粹的TDM設備）在線路卡上混合在一起，同時保持針腳和軟件的兼容性。由于與VINETIC-4VIP設備連接，與TDM設備連接的語音信道可路由至4VIP設備上的VoIP塊。這樣做的結果是為充分考慮語音端口使用率（Erlang系數）的線路卡節省成本，同時使系統廠商保持全面的靈活性。