VoIP走入家庭應用的趨勢分析

2019-11-03 09:00:12

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供稿：網友

Zeev Collin

　　Voip技術在企業應用相對廣泛，而家庭應用卻發展緩慢，除了寬頻網絡普及不足的原因外，標準、功能特性定型以及架構等方面還存在很大的制約因素。本文介紹了VoIP的應用現狀和技術平臺，并分析了VoIP相關的設備和軟件的發展路線圖和未來VoIP技術的發展趨勢。

　　VoIP是透過封包交換網絡傳輸語音采樣。通常有三種VoIP業務類型，今天最常見的一種是透過IP電話卡來進行的通話，一般用于長途語音通訊，使用者可能永遠都不知道他的通話是采用VoIP技術。

　　第二種是PC至電話(或PC至PC)通話，是利用PC上執行的軟件電話來進行。通話者對著與PC相連的麥克風、手機或無線電話講話。很明顯，這種模式不可能擴展到普通大眾，而僅限于熟悉計算機的用戶。使用筆記型及PDA上執行的軟件電話客戶程序，將隨著無線數據及語音接取業務的繼續融合變得更為流行。

　　第三種是設備至電話業務，其中將標準電話插入模擬電話配接器(ATA)/語音路由器中，或采用實際IP電話，用戶借助寬頻連接通話。無需用PC來實現通話，且用戶體驗類似于常規電話業務，因而使其成為迄今VoIP技術供貨商最感興趣的市場。

　　VoIP應用現狀

　　盡管VoIP在去年獲得了廣泛關注，但其出貨量仍較低，尤其在美國。實際上，今天的大多數語音通訊都屬于電話至電話或PC至電話。 VoIP發展成為主流消費性業務將推動電話業務向設備至電話的模式進行大規模轉移，且將隨著低成本、具有豐富特性的VoIP設備推出而獲得大量應用。而這決定于設備廠商能否提供滿足市場需求的價格點、特性及功能的組件，而要滿足這些要求還有待時日。

　　有意思的是，企業對VoIP的采用卻相對廣泛，這是因為企業中通常普及了以太網絡聯接，且采用VoIP能大幅減少電話開銷。IT經理們通常已經擁有專用數據網絡，且能方便地利用該網絡實現VoIP業務。特別是與專用封包交換機(PBX)解決方案相較，IP電話平均可將企業的服務成本降低20%。不僅能大幅減少通話成本，且VoIP所采用的會話發起協議(SIP)還能使通話雙方設定除語音以外的其它應用，包括語音、視訊和實時消息等。在服務品質(QoS)方面，VoIP在企業比在家庭中更容易得到滿足，因為數據網絡是一種封閉系統及受控環境，且客戶端管理也比較簡單，只需將電話插入現有數據網絡中即可。VoIP還為區域內通話漫游提供了一種移植到無線局域網絡語音(VoWLAN)的途徑。

　　今天的企業市場主要由少數幾家供貨商(如Cisco、Avaya等)主導，但包括主要電話公司在內的其它設備與服務供貨商也正轉向VoIP，以占領SOHO市場，它們首先推出不受通話時數限制的月費計劃，并開放市場來讓大家競爭。如果能得到低成本及高性能設備廠商的支持，同樣的電話業務供貨商甚至還能利用其設備及基礎設備投資來進入大眾市場。更低的成本以及增強特性，例如統一消息、個人(與位置無關)電話號碼、電話簿/目錄、呼叫轉移、會議以及其它特性，將有助于創造更多用戶需求。

　　但VoIP進入大眾市場的速度卻比較緩慢，且全球的步伐還不統一。在普通消費市場上，迄今最成功的VoIP部署是在日本，由于其它電話業務的高成本，以及由Yahoo Broadband這樣的服務供貨商所推出的雄心勃勃的寬頻及VoIP策略，近幾年日本每年新增數百萬條VoIP電話線。而最具吸引力的機會將在擁有高寬頻部署率的韓國，以及許多地區缺少傳統銅線電話基礎設備，并可能一步跨越到光纖到戶(FTTH)的中國。VoIP在美國的采用相對較慢，主要因為美國的PSTN電話太便宜，因此幾乎沒有改變現狀的動機。

　　VoIP產品平臺

　　目前，三種VoIP平臺都已經出現潛在的應用。第一種是將VoIP功能增加到路由器或DSL/纜線調制解調器中，因此可稱為ATA、客戶端設備(CPE)或整合接取設備(IAD)。ATA平臺是其中最基本的一種，它能在一邊提供寬頻或以太網絡連接，而在另一邊則提供RJ11連接(亦稱為外部交換業務或FXS)，因而使得任何常規電話都能充當IP電話使用。盡管這是一種最簡單的配置，但目前業界開始轉向更高整合方案，譬如將VoIP功能與多端口有線或無線路由器整合的VoIP路由器等。更高整合度的解決方案甚至還包含VoIP ADSL路由器，它將所有三種功能都整合在一個可提供寬頻接取、LAN連接、電話配接器甚至撥號連接的設備盒中。未來這種設備盒還將增加視訊、儲存及其它周邊電路。

　　由于部署及協調所有業務將面臨很多挑戰，在很多情況下將涉及到多種業務及內容供貨商，因此這種平臺的最終上市還須待時日。盡管ATA盒是目前普通消費者選用的設備，但它們很可能最終將轉變為IP電話及WiFi手機，以實現高級IP業務并取代無線電話。

　　第二種VoIP平臺是目前主要用于中小型企業的IP電話/網絡接取設備。IP電話外觀及使用的體驗類似常規電話，唯一的區別是它們與LAN連接而不是與PSTN線連接。透過IP電話/網絡接口，人們即可用同樣的終端來存取數據業務、實時消息甚至網絡瀏覽器。幾乎以同樣的方式，隨著服務供貨商開始在其無線語音網絡上增加數據業務，行動電話已經發展成為一種多功能通訊平臺。

　　第三種VoIP平臺是無線局域網絡(WLAN)，亦稱為WiFi手機，它將行動性及可能的漫游功能與統一的消息傳送功能相結合。當越來越多的寬頻接取家庭采用無線接取點時，就可用來實現這種無線手機業務。所有可用數據業務都能被無線手機存取，因而使其實現地址簿、電子日歷、瀏覽器等多功能整合。WLAN手機具有可行動、易配置及部署成本相對較低的特點。今天，WLAN手機主要部署在一些垂直細分市場，如醫院、大型商店及校園等。

　　要使家庭及SOHO WiFi手機應用成為現實，其價格必須低于50美元。IEEE 802.11e標準的最終敲定，也為WLAN語音傳輸提供了必要的QoS保證。In-Stat MDR預計，全球WiFi手機的出貨量將從2003年的6萬部成長到2007年的350萬部，到2008年將達到550萬部。

　　最新的一種平臺可能是同時具有蜂巢式及WLAN功能的雙模式手機。蜂巢式網絡廠商可能將WLAN嵌入到手機中，使其既能作為采用WLAN的VoIP手機，又能作為常規手機使用。這樣廠商將獲得更多利益，因為這樣一來，在用戶密集地區只需增加網絡頻寬而無需擴大整個蜂巢式基礎設備，降低了通訊實現成本。這種電話具有充分的智能，如果有可用的接取點，它即會將IP通話透過成本較低的WLAN，否則透過蜂巢式網絡來傳輸語音通訊。這種平臺的主要設計挑戰是：兩種模式共處而不互相干擾；可無縫地從一種模式切換到另一種模式；基于WLAN的VoIP通話能滿足QoS要求。

　　據In-Stat資料，這些平臺的市場預計將從去年的1100萬部迅速成長至2007年的3600萬部，將為技術供貨商及ODM提供廣闊的市場機會。與IP電話相較，配接器盒將繼續擁有更大的出貨量，因為它們是一種能擴展路由器功能及采用傳統電話的更為直接的VoIP實現途徑。但這些數字卻沒有考慮整合WLAN/蜂巢式手機所具有的巨大成長潛力，預計到2007及2008年手機市場規模將達到6億部，以如此巨大的市場基數，即使僅10%至20%的手機整合了WLAN，其市場潛力也十分巨大。

　　設備及軟件開發路線圖

　　盡管目前已有好幾種整合解決方案，但它們主要適合于企業IP電話市場。而在VoIP迄今仍主要作為DSL、纜線調制解調器或路由器附加功能的消費市場，大多數設備廠商一直在等待設備特性要求能早點固定，以便提供相關的SoC解決方案。對于大眾消費市場而言，在很大程度上模塊化比整合更為重要，因為其目標是以幾種選項來在單個設計中實現帶或不帶語音的多個不同類產品，同時等待特性要求固定以及VoIP成為主流。

　　VoIP實現的語音處理基本上可以下列三種方式來實現：采用DSP語音處理器；采用整合了主處理器與DSP核心的整合度更高的組件；采用執行語音處理軟件的功能更強大的主處理器。隨著嵌入式主處理器的功能更加強大，它們能實現更多的語音處理功能，因而可以不需要專用DSP核心，有助于減少產品尺寸和更好的功耗管理。

　　迄今為止，采用語音協同處理器對于那些VoIP作為附加功能的應用來說不失為一種最佳策略，而IP電話及WiFi手機則可利用整合SoC解決方案或軟件來實現。同時擁有DSP核心及軟VoIP能力的設備廠商，將能更好地定位以滿足迅速發展的需求，并能為每種應用在基于主機、基于嵌入式DSP或基于語音協同處理器的實現之間進行最佳折衷選擇。

　　VoIP設備中整合越來越多特性和語音處理功能，這些通?？梢苑殖扇悾凑Z音處理、呼叫控制及應用。

　　語音處理主要任務包括各種語音編碼器、回音消除器以及音調檢波器與產生器。語音編碼器包括：G.729，它能以市話(或長途電話)品質在低于8kbps的速率上編碼語音訊號；G.722，它能以自適應差分脈沖編碼調變(ADPCM)方案來在48kbps、56kbps及64kbps速率上對7kHz頻寬的語音訊號進行編碼。此外，還有其它很多種語音增強功能，像舒適噪音產生(CNG)及語音訊號檢測(VAD)和訊框丟失隱藏等，VAD透過只傳輸人耳能聽到的聲音來提高頻寬利用率，訊框丟失隱藏可補償封包網絡中丟失數據訊框，以及可吸收封包網絡中延遲變化的'動態抖動補償'等功能。值得注意的是，這些增強功能對所感覺的語音品質具有很大影響，同時也是區分各種解決方案優劣的關鍵。

　　其它必須考慮的功能包括傳真、調制解調器直通、IP傳真(T.38)、IP Modem(V.150)以及IP文本(V.151)等功能。有許多專利權問題與各種IP編碼器有關，這可能會直接或間接地增加產品成本。在定義產品特性集以及選擇技術供貨商時，開發商必須清楚這些問題。

　　通話控制功能是一組協議，它能利用各種網絡元素(如各種類型的網絡網關)來實現并超越一般的PSTN電話特性。此外，它還能提供用于設立并端接通話(或多媒體對話)以及橋接PSTN與封包交換網絡的方法。目前已經開發了幾種協議，包括H.323、媒體網絡網關控制協議(MGCP)以及SIP等，早期采用H.323及SIP由于其相對簡單、可擴展及特性豐富而獲得了最多支持。應用軟件將最終決定設備的功能，無論是IP電話、ATA還是任何其它類似設備。同時，軟件還決定用戶接口、設備配置與管理，以及整體功能和可用模式。

　　由于上述三種主要設備的發展有些互相獨立且經常改變，因此采用分層軟件架構很重要。這種分層架構還必須足夠模塊化，以便于整合、定制，以及便于由芯片供貨商或系統整合商(或任何其它IP供貨商)所設計組件的發展。

　　外部交換局(FXO)是VoIP設備需支持的新功能之一，它實際上是與PSTN線的接口。FXO不僅能在IP網絡掉線時使通話方可以使用PSTN，而且還能在同一設備中實現在PSTN與VoIP之間切換，還能使ATA盒接受遠程撥號，并根據所撥號碼或其它參數來將長途及國際呼叫接到更便宜的IP網絡上。最便宜的通話、遠程終端呼叫以及呼叫轉移等功能結合，充分利用了早期采用相同電話接口的模擬調制解調器技術經驗。

　　下一代VoIP手機

　　盡管面臨跨越幾種技術發展方向的高度動態環境，芯片供貨商們已開始聚集在擁有多種近期機會的架構上。企業所使用的全特性IP手機、利用家庭網絡網關的啞IP手機(dumb IP handset)、甚至采用USB連接的功能強大的PDA等，都很快能用到整合芯片。后者依靠網絡網絡網關、PC筆記型計算機或PDA來承載通話控制協議堆棧，并負責全部VoIP處理任務。

　　由于VoIP數據頻寬要求并不高，故802.11b完全可以滿足WLAN手機應用。但在WLAN手機設計中還其它幾個方面問題需要仔細考慮，其中功耗是關鍵問題，目前市場上大多數802.11組件并不能滿足手機的長待機時間要求；安全是另一個關切的問題，盡管目前WLAN領域中已有多種安全方案，但并不是全部都能支持，且安全IP客戶端的配置并非很順暢；最后一個重要問題是QoS，盡管已有眾多的標準及產業規格(如802.11e)，但它仍是一個需要特別關注的棘手問題，語音應用嚴格的低延遲要求進一步增加了QoS的挑戰。在這種情況下，對等網絡連接是WLAN VoIP系統的關鍵要求。而WLAN一般被設置成即使在其互相通訊時也能使所有客戶端都透過接取點，因而會占用更多的頻寬并導入額外的延遲，故關鍵是必須在任何可能的情況下，透過對等連接來最有效地利用可用頻寬，并使延遲最小。

　　如上所述，IP電話與WiFi手機設計擁有許多共同點。設計工程師可以利用同一個平臺來實現兩種應用，并利用相同的軟件。IP電話還要求更廣泛的LCD顯示以及以太網絡驅動器等其它特性，而WiFi手機則可能會使用這些功能中功耗較少的部份，并增加一個WLAN接口。這兩種應用的典型設備都將采用功能強大的ARM或類似處理器核心，并根據成本及功耗目標來選擇軟件或硬件語音編譯碼器。也可能會結合A/D、D/A、LCD控制器、鍵盤掃描邏輯及功率管理特性等，同時也要求用USB連接來實現增加儲存或連接相機以實現視訊電話等功能。甚至可以利用USB on-the-go (OTG)功能，使設備動態地成為一個USB客戶機(當充電或同步傳輸數據時)或主機(當采用相機功能時等)。

　　因此，像這樣的SoC將能為VoIP系統ODM提供各種具有吸引力的下一代平臺設計選擇。在標準推出、應用及特性定型后，設備廠商將會著手提供各種新的整合解決方案，并從目前的功能跨越到能提供整合語音＋WLAN解決方案，以及可充分利用USB 2.0這種新型連接技術的設備功能。此外，單一整合式SoC解決方案還將日益擁有用于多種產品平臺以及經濟高效地為多個市場服務的靈活性。

摘自電子工程專輯

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