ATEIS的音频处理器在VOIP中的应用

　　(ATEIS的LAP G2T数字音频处理器、ECS远程回声消除系统、IDA8消防广播系统、Senator全数字会议系统、PPM-IT5触摸屏多分区广播话筒均支持VOIP功能。)

　　VOIP(voice over internet protocol)是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。

　　它是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对话音进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到目的地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送话音的目的。

　　VOIP最大的优势是能广泛地采用internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。

　　目前，存在一些VOIP 协议栈，它们源于各种标准团体和提供商，如H.323、SIP、MEGACO 和MGCP。ATEIS的VOIP基于SIP标准传输协议，可和其他支出SIP标准协议的IP电话等设备通信。

　　会话发起协议(SIP)是建立VOIP 连接的IETF 标准。SIP 是一种应用层控制协议，用于和一个或多个参与者创建、修改和终止会话。SIP 的结构与HTTP (客户-服务器协议)相似。客户机发出请求，并发送给服务器，服务器处理这些请求后给客户机发送一个响应。该请求与响应形成一次事务。

　　传统的IP 网络主要是用来传输数据业务，采用的是尽力而为的、无连接的技术，因此没有服务质量保证，存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。数据业务对此要求不高，但话音属于实时业务，对时序、时延等有严格的要求。因此必须采取特殊措施来保障一定的业务质量。VOIP 电话/VOIP网络电话的关键技术包括：信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量(QoS)保证技术、以及网络传输技术等。

　　信令技术

　　信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量，目前被广泛接受的VoIP 控制信令体系包括ITUT的H.323 系列和IETF 的会话初始化协议SIP。虽然H.323 提供了窄带多媒体通信所需要的所有子协议，但H.323 的控制协议非常复杂。H.323 不支持呼叫转移，且建立呼叫的时间比较长。与H.323相反，SIP 是一种比较简单的会话初始化协议。它不像H.323 那样提供所有的通信协议,而是只提供会话或呼叫的建立与控制功能。SIP 可以应用于多媒体会议、远程教学及Internet 电话等领域。

　　SIP 是一种应用层协议，可以用UDP 或TCP 作为其传输协议。如图所示：ATEIS的TERRACOM中Transfer Protocol协议可选择TCP或UDP方式传输。

　　SIP与H.323 不同的是：SIP 是一种基于文本的协议，用SIP 规则资源定位语言描述(SIP Uniform Resource Locators)，这样易于实现和调试，更重要的是灵活性和扩展性好。由于SIP 仅作于初始化呼叫，而不是传输媒体数据，因而造成的附加传输代价也不大。SIP 的URLL可以嵌入到web 页或其它超文本链路中，用户只需用鼠标一点即可发出一个呼叫。与H.323 相比，SIP 还有建立呼叫快，支持传送电话号码的特点。如图所示，以ATEIS的彩色触摸屏广播话筒为例，可自定义添加设备的URI，并自由设置“Device Name”名称和“ZONE”分区。最后把相应按钮添加到触摸屏页面，实现触摸选择分区广播对讲等功能。

　　编码技术

　　话音压缩编码技术是VOIP技术的一个重要组成部分。ATEIS的PPM-IT5提供了以下音频编码：G.711ulaw、G.711alaw、G.722、G.729、PCM16K、G.726-32、G.727-32。

　　Ø  G.711 是国际电信联盟ITU-T定制出来的一套语音压缩标准，它代表了对数PCM(logarithmic pulse-code modulation)抽样标准，主要用于电话。它主要用脉冲编码调制对音频采样，采样率为8k每秒。它利用一个64Kbps 未压缩通道传输语音信号。起压缩率为1：2，即把16位数据压缩成8位。G.711是主流的波形声音编解码器。G.711 标准下主要有两种压缩算法。一种是µ-law algorithm  (又称often u-law, ulaw, mu-law)，主要运用于北美和日本;另一种是A-law algorithm ，主要运用于欧洲和世界其他地区。其中，后者是特别设计用来方便计算机处理的。

　　Ø  G.722 是支持比特率为64, 56和48kbps多频率语音编码算法。在G.722中，语音信号的取样率为每秒16000个样本。与3.6kHz的频率语音编码相比较，G.722可以处理频率达7kHz音频信号宽带。G.722 编码器是基于子带自适应差分脉冲编码(SB-ADPCM)原理的。信号被分为两个子带，并且采用ADPCM 技术对两个子带的样本进行编码。

　　G.722相对于G.711 采样频率由8KHZ扩展为16KHZ，语音质量得以提高。将信号划分为2个子带(高频，低频)，每个子带中的信号都采用ADPCM(adaptive differential pulse code modulation)进行编码。ADPCM原理即只采样声音样本中增量变化的那一段在最后比特率的计算中，低频部分被分配到比较多的资源8Kbps X 6bit，高频部分被分配到比较少的资源(多为摩擦声，噪音等辅助音)8Kbps X 2bit，两者相加既为64Kbps。故G.722相对于G.711比特率都为64kbps，但提高了语音质量。

　　Ø  G.729 编码方案是电话带宽的语音信号编码的标准，对输入语音性质的模拟信号用8kHz采样，16比特线性PCM量化。G.729A是ITU最新推出的语音编码标准G.729的简化版本。G.729协议使用的算法是共轭结构的算术码本激励线性预测(CS-ACELP)，它基于CELP编码模型。由于G.729编解码器具有很高的语音质量和很低的延时，被广泛地应用在数据通信的各个领域。G.729占用带宽小，使用G.711同样的采样率，仅需占用带宽8Kbps，但占用CPU的时间多，使用CPU的时间大约是G.711的4倍，所以对设备CPU要有足够的处理能力。

　　Ø  PCM16K ： PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值，PCM是一种很基本的编码方式，转换后不压缩，故称为无损编码。这里采用16KHZ采样频率进行抽样，量化之后每个量化值对应1个16位二进制数，即16bit，故ATEIS设备中命名为PCM16K。

　　Ø  G.726-32: G.726是ITU-T定义的音频编码算法，对输入语音性质的模拟信号用8kHz采样，在G.721和G.723标准的基础上提出。G.726可将64kbps的PCM信号转换为40kbps、32kbps、24kbps、16kbps的ADPCM信号。最为常用的方式是32 kbit/s，但由于其只是G.711速率的一半，所以可将网络的可利用空间增加了一倍。G.726具体规定了一个64 kbpsA-law 或μ-law PCM 信号是如何被转化为40, 32, 24或16 kbps 的ADPCM 通道的。ATEIS在设备中仅选取了中常用的32kbit/s，故设备中命名为“G.726-32 ”。

　　Ø  G.727-32 ： G.727和G.726几乎同时推出，二者具有相同的比特率(bit rates), 但G.727则针对PCME (Packet Circuit Multiplex Equipment environment)进行最佳化。采用5-, 4-, 3-和2-bit/sample自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)。ATEIS在系统中仅选用常用的PCM信号转换为32kbit/s进行编码处理，故设备命名为“G.727-32 ”。

　　实时传输技术

　　实时传输技术主要是采用实时传输协议RTP。RTP 是提供端到端的包括音频在内的实时数据传送的协议。RTP 包括数据和控制两部分，后者叫RTCP。RTP 提供了时间标签和控制不同数据流同步特性的机制，可以让接收端重组发送端的数据包，可以提供接收端到多点发送组的服务质量反馈。

　　网络传输技术

　　VOIP网络传输技术主要是TCP 和UDP，此外还包括网关互联技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议RTP 提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务，因此VOIP中可用RTP 来传送话音数据。在RTP 报头中包含装载数据的标识符、序列号、时间戳以及传送监视等，通常RTP 协议数据单元是用UDP 分组来承载,而且为了尽量减少时延，话音净荷通常都很短。IP、UDP 和RTP 报头都按最小长度计算，采用UDP这种方式将多路话音插入话音数据段中，这样提高了传输效率。

　　另外避免带宽或多路通话问题造成声音断续，多个IP点声音不同步问题，ATEIS特增加了BUFFER缓冲机制，如图所示可调整RT为0.5到2.0之间，单位为秒。在实际运用过程中，可能由于带宽问题造成声音断续，因为封包在传输过程中有延时，也有可能封包传输丢失，当然封包丢失可通过RTP机制通知发送端重新发送数据，在设备中设置1个缓冲BUFFER，等待所有的封包信号到达后再一起送出。这里设置RT最长限制是避免封包一直延时造成永久等待。

　　实际应用

　　如图所示：ATEIS的LAP G2T数字音频处理器、ECS远程回声消除系统、IDA8消防广播系统、Senator全数字会议系统、PPM-IT5触摸屏多分区广播话筒均支持VOIP功能，并能和IP电话融合，对于模拟电话需要和IP电话会议融合，只需配置ATEIS的TERRA-FXO电话接口机转IP的设备即可实现。

　　以下是ECS回声抑制系统的回声消除原理，在本地会议室安装1台ECS给对方回声消除，如果2边会议室都有回声需要2边都安装ECS机器。

　　以下是Senator全数字会议系统VOIP的回声消除原理图

　　关于 ATEIS( 亚提斯 ) ：

　　亚提斯总部位于瑞士，为商业音频系统、体育场馆、公共广播系统等音频应用领域提供高品质数字音频产品、系统解决方案，具有超过三十年的企业历史和行业经验。其商业音响产品、公共广播系统、声音报警系统、柜台对讲机，在欧洲市场上占有率持续性增长，是欧洲数字音频领域的行业领导者。

　　目前，公司提供全套的音响设备：全数字DSP会议系统、数字音频处理器、数字广播应急系统、IP广播内通系统、功放等。

　　公司研发团队由一支六十多个工程师组成的研发团队和不断的资金投入，我们可以快速应对不同市场的具体解决方案和尖端科技的要求。公司已经遍布欧洲和中东超过十五个国家及地区，并且承接了许多国际著名的工程。

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