ATEIS的音頻處理器在VOIP中的應用

　　(ATEIS的LAP G2T數字音頻處理器、ECS遠程回聲消除系統、IDA8消防廣播系統、Senator全數字會議系統、PPM-IT5觸摸屏多分區廣播話筒均支持VOIP功能。)

　　VOIP(voice over internet protocol)是一種以IP電話為主，并推出相應的增值業務的技術。

　　它是建立在IP技術上的分組化、數字化傳輸技術，其基本原理是：通過語音壓縮算法對話音進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數據按IP等相關協議進行打包，經過IP網絡把數據包傳輸到目的地，再把這些語音數據包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網絡傳送話音的目的。

　　VOIP最大的優勢是能廣泛地采用internet和全球IP互連的環境，提供比傳統業務更多、更好的服務。

　　目前，存在一些VOIP 協議棧，它們源于各種標準團體和提供商，如H.323、SIP、MEGACO 和MGCP。ATEIS的VOIP基于SIP標準傳輸協議，可和其他支出SIP標準協議的IP電話等設備通信。

　　會話發起協議(SIP)是建立VOIP 連接的IETF 標準。SIP 是一種應用層控制協議，用于和一個或多個參與者創建、修改和終止會話。SIP 的結構與HTTP (客戶-服務器協議)相似?？蛻魴C發出請求，并發送給服務器，服務器處理這些請求后給客戶機發送一個響應。該請求與響應形成一次事務。

　　傳統的IP 網絡主要是用來傳輸數據業務，采用的是盡力而為的、無連接的技術，因此沒有服務質量保證，存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數據業務對此要求不高，但話音屬于實時業務，對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業務質量。VOIP 電話/VOIP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

　　信令技術保證電話呼叫的順利實現和話音質量，目前被廣泛接受的VoIP 控制信令體系包括ITUT的H.323 系列和IETF 的會話初始化協議SIP。雖然H.323 提供了窄帶多媒體通信所需要的所有子協議，但H.323 的控制協議非常復雜。H.323 不支持呼叫轉移，且建立呼叫的時間比較長。與H.323相反，SIP 是一種比較簡單的會話初始化協議。它不像H.323 那樣提供所有的通信協議,而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP 可以應用于多媒體會議、遠程教學及Internet 電話等領域。

　　SIP 是一種應用層協議，可以用UDP 或TCP 作為其傳輸協議。如圖所示：ATEIS的TERRACOM中Transfer Protocol協議可選擇TCP或UDP方式傳輸。

　　SIP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。如圖所示，以ATEIS的彩色觸摸屏廣播話筒為例，可自定義添加設備的URI，并自由設置“Device Name”名稱和“ZONE”分區。最后把相應按鈕添加到觸摸屏頁面，實現觸摸選擇分區廣播對講等功能。

　　編碼技術

　　話音壓縮編碼技術是VOIP技術的一個重要組成部分。ATEIS的PPM-IT5提供了以下音頻編碼：G.711ulaw、G.711alaw、G.722、G.729、PCM16K、G.726-32、G.727-32。

　　Ø  G.711 是國際電信聯盟ITU-T定制出來的一套語音壓縮標準，它代表了對數PCM(logarithmic pulse-code modulation)抽樣標準，主要用于電話。它主要用脈沖編碼調制對音頻采樣，采樣率為8k每秒。它利用一個64Kbps 未壓縮通道傳輸語音信號。起壓縮率為1：2，即把16位數據壓縮成8位。G.711是主流的波形聲音編解碼器。G.711 標準下主要有兩種壓縮算法。一種是µ-law algorithm  (又稱often u-law, ulaw, mu-law)，主要運用于北美和日本;另一種是A-law algorithm ，主要運用于歐洲和世界其他地區。其中，后者是特別設計用來方便計算機處理的。

　　Ø  G.722 是支持比特率為64, 56和48kbps多頻率語音編碼算法。在G.722中，語音信號的取樣率為每秒16000個樣本。與3.6kHz的頻率語音編碼相比較，G.722可以處理頻率達7kHz音頻信號寬帶。G.722 編碼器是基于子帶自適應差分脈沖編碼(SB-ADPCM)原理的。信號被分為兩個子帶，并且采用ADPCM 技術對兩個子帶的樣本進行編碼。

　　G.722相對于G.711 采樣頻率由8KHZ擴展為16KHZ，語音質量得以提高。將信號劃分為2個子帶(高頻，低頻)，每個子帶中的信號都采用ADPCM(adaptive differential pulse code modulation)進行編碼。ADPCM原理即只采樣聲音樣本中增量變化的那一段在最后比特率的計算中，低頻部分被分配到比較多的資源8Kbps X 6bit，高頻部分被分配到比較少的資源(多為摩擦聲，噪音等輔助音)8Kbps X 2bit，兩者相加既為64Kbps。故G.722相對于G.711比特率都為64kbps，但提高了語音質量。

　　Ø  G.729 編碼方案是電話帶寬的語音信號編碼的標準，對輸入語音性質的模擬信號用8kHz采樣，16比特線性PCM量化。G.729A是ITU最新推出的語音編碼標準G.729的簡化版本。G.729協議使用的算法是共軛結構的算術碼本激勵線性預測(CS-ACELP)，它基于CELP編碼模型。由于G.729編解碼器具有很高的語音質量和很低的延時，被廣泛地應用在數據通信的各個領域。G.729占用帶寬小，使用G.711同樣的采樣率，僅需占用帶寬8Kbps，但占用CPU的時間多，使用CPU的時間大約是G.711的4倍，所以對設備CPU要有足夠的處理能力。

　　Ø  PCM16K ： PCM 脈沖編碼調制是Pulse Code Modulation的縮寫。脈沖編碼調制是數字通信的編碼方式之一。主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進行取樣，使其離散化，同時將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化，同時將抽樣值按一組二進制碼來表示抽樣脈沖的幅值，PCM是一種很基本的編碼方式，轉換后不壓縮，故稱為無損編碼。這里采用16KHZ采樣頻率進行抽樣，量化之后每個量化值對應1個16位二進制數，即16bit，故ATEIS設備中命名為PCM16K。

　　Ø  G.726-32: G.726是ITU-T定義的音頻編碼算法，對輸入語音性質的模擬信號用8kHz采樣，在G.721和G.723標準的基礎上提出。G.726可將64kbps的PCM信號轉換為40kbps、32kbps、24kbps、16kbps的ADPCM信號。最為常用的方式是32 kbit/s，但由于其只是G.711速率的一半，所以可將網絡的可利用空間增加了一倍。G.726具體規定了一個64 kbpsA-law 或μ-law PCM 信號是如何被轉化為40, 32, 24或16 kbps 的ADPCM 通道的。ATEIS在設備中僅選取了中常用的32kbit/s，故設備中命名為“G.726-32 ”。

　　Ø  G.727-32 ： G.727和G.726幾乎同時推出，二者具有相同的比特率(bit rates), 但G.727則針對PCME (Packet Circuit Multiplex Equipment environment)進行最佳化。采用5-, 4-, 3-和2-bit/sample自適應差分脈沖編碼調制(ADPCM)。ATEIS在系統中僅選用常用的PCM信號轉換為32kbit/s進行編碼處理，故設備命名為“G.727-32 ”。

　　實時傳輸技術

　　實時傳輸技術主要是采用實時傳輸協議RTP。RTP 是提供端到端的包括音頻在內的實時數據傳送的協議。RTP 包括數據和控制兩部分，后者叫RTCP。RTP 提供了時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送端的數據包，可以提供接收端到多點發送組的服務質量反饋。

　　網絡傳輸技術

　　VOIP網絡傳輸技術主要是TCP 和UDP，此外還包括網關互聯技術、路由選擇技術、網絡管理技術以及安全認證和計費技術等。由于實時傳輸協議RTP 提供具有實時特征的、端到端的數據傳輸業務，因此VOIP中可用RTP 來傳送話音數據。在RTP 報頭中包含裝載數據的標識符、序列號、時間戳以及傳送監視等，通常RTP 協議數據單元是用UDP 分組來承載,而且為了盡量減少時延，話音凈荷通常都很短。IP、UDP 和RTP 報頭都按最小長度計算，采用UDP這種方式將多路話音插入話音數據段中，這樣提高了傳輸效率。

　　另外避免帶寬或多路通話問題造成聲音斷續，多個IP點聲音不同步問題，ATEIS特增加了BUFFER緩沖機制，如圖所示可調整RT為0.5到2.0之間，單位為秒。在實際運用過程中，可能由于帶寬問題造成聲音斷續，因為封包在傳輸過程中有延時，也有可能封包傳輸丟失，當然封包丟失可通過RTP機制通知發送端重新發送數據，在設備中設置1個緩沖BUFFER，等待所有的封包信號到達后再一起送出。這里設置RT最長限制是避免封包一直延時造成永久等待。

　　實際應用

　　如圖所示：ATEIS的LAP G2T數字音頻處理器、ECS遠程回聲消除系統、IDA8消防廣播系統、Senator全數字會議系統、PPM-IT5觸摸屏多分區廣播話筒均支持VOIP功能，并能和IP電話融合，對于模擬電話需要和IP電話會議融合，只需配置ATEIS的TERRA-FXO電話接口機轉IP的設備即可實現。

　　以下是ECS回聲抑制系統的回聲消除原理，在本地會議室安裝1臺ECS給對方回聲消除，如果2邊會議室都有回聲需要2邊都安裝ECS機器。

　　以下是Senator全數字會議系統VOIP的回聲消除原理圖

　　關于 ATEIS( 亞提斯 ) ：

　　亞提斯總部位于瑞士，為商業音頻系統、體育場館、公共廣播系統等音頻應用領域提供高品質數字音頻產品、系統解決方案，具有超過三十年的企業歷史和行業經驗。其商業音響產品、公共廣播系統、聲音報警系統、柜臺對講機，在歐洲市場上占有率持續性增長，是歐洲數字音頻領域的行業領導者。

　　目前，公司提供全套的音響設備：全數字DSP會議系統、數字音頻處理器、數字廣播應急系統、IP廣播內通系統、功放等。

　　公司研發團隊由一支六十多個工程師組成的研發團隊和不斷的資金投入，我們可以快速應對不同市場的具體解決方案和尖端科技的要求。公司已經遍布歐洲和中東超過十五個國家及地區，并且承接了許多國際著名的工程。

　　選擇亞提斯，您就選擇了一個可以永久信賴的伙伴