従来の電話網は回線交換による音声であり、64kbit/s の伝送ブロードバンドが必要でした。いわゆる VoIP は、伝送プラットフォームとしての IP パケット交換ネットワークであり、シミュレートされた音声信号の圧縮、パッケージ化、および一連の特別な処理により、接続されていない UDP プロトコルを伝送に使用できます。
IP ネットワーク上で音声信号を伝送するには、いくつかの要素と機能が必要です。ネットワークの最も単純な形式は、IP ネットワークを介して接続された VoIP 機能を備えた 2 つ以上のデバイスで構成されます。
1.音声データ変換
音声信号はアナログ波形であり、IP を介して音声を送信し、リアルタイム アプリケーション ビジネスかリアルタイム アプリケーション ビジネスかを問わず、最初に音声信号のアナログ データ変換、つまりアナログ音声信号 8 または 6 の定量化を行い、バッファ ストレージに送信します。 、バッファのサイズは、遅延とコーディングの要件に従って選択できます。多くの低ビット レート エンコーダーは、フレーム単位でエンコードされます。
典型的なフレーム長は 10 から 30 ミリ秒の範囲でした。送信中のコストを考慮すると、インターリンガル パケットは通常、60、120、または 240 ミリ秒の音声データで構成されます。デジタル化はさまざまな音声符号化方式を使用して実装でき、現在の音声符号化標準は主に ITU-T G.711 です。ソース宛先の音声エンコーダは、宛先の音声デバイスがアナログ音声信号を復元できるように、同じアルゴリズムを実装する必要があります。
2.オリジナルデータからIPへの変換
音声信号がデジタル符号化されると、次のステップは特定のフレーム長で音声パケットを圧縮符号化することです。ほとんどのエンコーダには特定のフレーム長があります。エンコーダが 15ms フレームを使用する場合、最初から 60ms のパッケージが 4 つのフレームに分割され、順番にエンコードされます。各フレームには 120 の音声サンプルがあります (サンプリング レート 8kHz)。エンコード後、4 つの圧縮フレームが圧縮された音声パッケージに合成され、ネットワーク プロセッサに送信されました。ネットワーク プロセッサは、Baotou、タイム スケール、およびその他の情報を音声に追加し、ネットワークを介して他のエンドポイントに渡します。
音声ネットワークは、通信エンドポイント間の物理接続 (1 回線) を確立し、エンドポイント間でエンコードされた信号を送信するだけです。回線交換ネットワークとは異なり、IP ネットワークは接続を形成しません。データを可変長データ レポートまたはパケットに配置し、アドレスと制御情報を各データグラムに配置して、ネットワーク経由で送信し、宛先に転送する必要があります。
3.転送
このチャネルでは、ネットワーク全体が、入力から受信された音声パケットと見なされ、特定の時間 (t) 内にネットワーク出力に送信されます。t は、ネットワーク伝送のジッターを反映して、全範囲で変化する可能性があります。
ネットワーク内の同じノードが、各 IP データに関連付けられたアドレス指定情報をチェックし、この情報を使用して、そのデータグラムを宛先パスの次のストップに転送します。ネットワーク リンクは、IP データ ストリームをサポートする任意のトポロジまたはアクセス方法にすることができます。
4.IP パッケージ - データの変換
宛先の VoIP デバイスは、この IP データを受信して処理を開始します。ネットワーク レベルは、ネットワークによって生成されるジッタを調整するために使用される可変長バッファを提供します。バッファは多くの音声パケットを収容でき、ユーザーはバッファのサイズを選択できます。バッファが小さいとレイテンシは短くなりますが、大きなジッタは調整されません。次に、デコーダはエンコードされた音声パケットを圧縮解除して、新しい音声パッケージを生成します。このモジュールは、デコーダとまったく同じ長さのフレーム単位で動作することもできます。
フレーム長が 15ms の場合、60ms の音声パケットは 4 つのフレームに分割され、60ms の音声データ フローにデコードされ、デコード バッファに送信されます。データレポートの処理中に、アドレス指定および制御情報が削除され、元の元のデータが保持され、この元のデータがデコーダに提供されます。
5.デジタル音声をアナログ音声に変換
再生ドライブは、バッファ内の音声サンプル (480) を削除し、所定の周波数 (たとえば 8kHz) でスピーカーを介してサウンド カードに送信します。つまり、IP ネットワーク上での音声信号の伝送は、アナログ信号からデジタル信号への変換、デジタル音声の IP パケットへのパッケージング、ネットワークを介した IP パケットの伝送、IP パケットのアンパック、デジタル音声のアナログへの復元を経て伝送されます。信号。
第二に、VoIP関連の技術基準
既存の通信ネットワークでのマルチメディア アプリケーションのために、国際電気通信連合 (ITU-T) は H.32x マルチメディア通信シリーズ プロトコルを開発しました。
H.320、狭帯域ビデオ電話システムおよび端末 (N-ISDN) でのマルチメディア通信の標準。
H.321、B-ISDN 上のマルチメディア通信の標準。
H.322。QoSで保証されたLAN上でのマルチメディア通信の規格。
H.323。QoS 保証のないパケット交換ネットワークでのマルチメディア通信の規格。
H.324。低ビット レートの通信端末 (PSTN およびワイヤレス ネットワーク) におけるマルチメディア通信の規格。
上記の標準の中で、H. 323 標準で定義されたネットワークは、イーサネット、トークン ネットワーク、FDDI ネットワークなど、最も広く使用されています。H.そのため、以下では H.323 に焦点を当てます。H.323 提案では、端末、ゲートウェイ、ゲートウェイ管理ソフトウェア (ゲートウェイまたはゲートとも呼ばれる)、およびマルチポイント コントロール ユニットの 4 つの主要コンポーネントが定義されています。
1.端末（ターミナル）
すべての端末は音声通信をサポートする必要があり、ビデオおよびデータ通信機能はオプションです。すべて H.323 端末は、H.245 標準もサポートする必要があります。H.245 標準は、チャネルの使用とチャネルのパフォーマンスを制御するために使用されます。 .323 音声通信における音声コーデックの主なパラメータは、次のように指定されています。 ITU 推奨音声帯域幅 / KHz 伝送ビット レート / Kb/s 圧縮アルゴリズム注釈 G.711 3.4 56,64 PCM 単純圧縮、G で PSTN に適用.728 3.4 16 低ビットレート伝送に適用される G.711 と同様の LD-CELP 音声品質 G.722 7 48,56,64 ADPCM 音声品質は G.711 より高く、高ビットレート伝送に適用される G. .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ 音声品質は許容可能、G.723.1 VOIP フォーラムに G を採用.729G.729A 3.4 8 CS-ACELP 遅延は G.723.1 よりも低く、音声品質はG.723.1。
2.ゲートウェイ（ゲートウェイ）
これは H.323 システムのオプションです。ゲートウェイは、システム端末通信に対応するために、さまざまなシステムで使用されるプロトコル、オーディオ、ビデオ コーディング アルゴリズム、および制御信号を変換できます。H.324 システムの PSTN ベースやナローバンドなどISDN ベースの H.320 システムと H.323 システム通信のために、ゲートウェイを設定する必要があります。
3.通関（ゲートキーパー）
これは H です。323 システムのオプション コンポーネントは、管理機能を完了するためのソフトウェアです。これには 2 つの主な機能があります。1 つ目は H.323 アプリケーション管理です。2つ目は、ゲートウェイを介した端末通信の管理（通話の確立、削除など）です。管理者は、税関を通じてアドレス変換、帯域幅制御、通話認証、通話録音、ユーザー登録、通信ドメイン管理などの機能を実行できます。 keep.one H.323 通信ドメインは複数のゲートウェイを持つことができますが、機能するゲートウェイは 1 つだけです。
4.マルチポイントコントロールユニット（Multipoint Control Unit）
MCU は、IP ネットワーク上でマルチポイント通信を可能にし、ポイントツーポイント通信は必要ありません。システム全体は、MCU を介してスター トポロジを形成します。MCU には、マルチポイント コントローラ MC とマルチポイント プロセッサ MP の 2 つの主要コンポーネントが含まれています。 245 オーディオおよびビデオ処理用の最小限のパブリック ネームを作成するための制御情報。MC はメディア情報ストリームを直接処理せず、MP に任せます。MP はオーディオを混合、切り替え、および処理します。 、ビデオ、またはデータ情報。
業界には 2 つの並列アーキテクチャがあり、1 つは上記で紹介した ITU-T H です。323 プロトコルは Internet Engineering Task Force (IETF) によって提案された SIP プロトコル (RFC2543) であり、SIP プロトコルはインテリジェント端末により適しています。
第三に、VoIP 開発の原動力
VoIP の広範な使用は、多くのハードウェア、ソフトウェア、関連する開発、およびプロトコルと標準の技術的ブレークスルーにより、すぐに実現します。これらの分野での技術の進歩と開発は、より効率的で機能的で相互運用可能な VoIP ネットワークを作成する上で重要な役割を果たします。 VoIP の急速な発展と広範なアプリケーションを促進する技術的要因は、次の側面に要約できます。
1.デジタルシグナルプロセッサ
高度なデジタル シグナル プロセッサ (デジタル シグナル プロセッサ、DSP) は、音声とデータの統合に必要な計算集約型のコンポーネントを実行します。DSP は主にデジタル信号を処理して複雑な計算を実行します。低コストで処理能力があるため、DSP は VoIP システムで信号処理機能を実行するのに適しています。
G.729 上の単一の音声ストリーム 通常、音声圧縮の計算コストは大きく、20MIPS が必要です。複数の音声ストリームを処理しながらルーティングおよびシステム管理機能を実行するために中央の CPU が必要な場合、これは非現実的です。したがって、1 つまたは複数の DSP を使用すると、中央 CPU から複雑な音声圧縮アルゴリズムの計算タスクをアンインストールできます。さらに、DSP は音声アクティビティ検出とエコー キャンセレーションに適しており、音声データ ストリームをリアルタイムで処理し、迅速にアクセスできます。このセクションでは、TMS320C6201DSP プラットフォームに音声コーディングとエコー キャンセレーションを実装する方法を詳しく説明します。
プロトコルおよび標準ソフトウェアおよびハードウェア H.323 重み付け公平キューイング方式 DSP MPLS タグ交換重み付けランダム早期検出 高度な ASIC RTP、RTCP デュアル ファネル 一般的なセル レート アルゴリズム DWDM RSVP 定格アクセス高速レート SONET Diffserv、CAR Cisco 高速転送 CPU 処理能力 G. 729、G.729a: CS-ACELP 拡張アクセス テーブル ADSL、RADSL、SDSL FRF.11/FRF.12 トークン バレル アルゴリズム マルチリンク PPP フレーム リレー データ整流器 SIP ベースの CoS Packet over SONET IP および ATM QoS / CoS の優先統合
2.高度な専用集積回路
Application-Specific Integrated Circait (ASIC) の開発により、より高速で、より複雑で、より機能的な ASIC が生み出されました。ASIC は、単一のアプリケーションまたは少数の機能セットを実行する特殊なアプリケーション チップです。非常に狭いアプリケーションの目標に焦点を当てているため、特定の機能に対して高度に最適化することができ、通常はデュアルパーパス CPU を使用すると、1 桁または数桁高速になります。
Thin Instruction Set Computer (RSIC) チップが制限数の迅速な実行に重点を置いているように、ASIC は有限数の機能をより高速に実行するように事前にプログラムされています。開発が完了すると、ASIC の大量生産のコストが低くなり、使用されます。 ASIC を使用すると、デバイスのパフォーマンスが向上し、コストが削減されます。そのため、VoIP の開発を促進する上で大きな役割を果たします。
3.IP伝送技術
ほとんどの伝送通信ネットワークは時分割多重化を使用しますが、インターネットは統計的再利用と長いパケット交換を採用する必要があります。比較すると、後者はネットワーク リソースの使用率が高く、相互接続が簡単で効果的であり、データ サービスに非常に適しています。これは、インターネットの急速な発展の重要な理由の 1 つです。しかし、ブロードバンド IP ネットワーク通信には QoS と遅延特性が必要です。現在、新世代の IP プロトコル IPV6 に加えて、World Internet Engineering Task Group (IETF) はマルチプロトコル タグ交換技術 (MPLS) を提案しました。さまざまなタグ/ラベル交換に基づくネットワーク層選択の一種であり、道路選択の柔軟性を向上させ、ネットワーク層選択機能を拡張し、ルーターとチャネル交換の統合を簡素化し、ネットワーク パフォーマンスを向上させることができます。MPLS は独立したルーティング プロトコルとして機能し、既存のネットワーク ルーティング プロトコルと互換性があり、IP ne のさまざまな運用、管理、および保守機能をサポートします。これにより、QoS、ルーティング、シグナリングのパフォーマンスが大幅に向上し、統計的再利用の固定長パケット交換 (ATM) のレベルに到達するか、それに近いレベルになり、ATM よりもシンプル、効率的、安価で適用可能になります。
また、IETFは、QoSの道路選択を実現するために、新しいグループ化技術をローカルで把握しています.「トンネル技術」は、片方向リンクの広帯域伝送を実現するために研究されています.さらに、IPネットワーク伝送プラットフォームの選択方法も重要です.近年の重要な研究分野であり、IP over ATM、IP over SDH、IP over DWDM などの技術が次々と登場しています。
IP層は、IP利用者に高品質なIPアクセスサービスを一定のサービス保証とともに提供します。ユーザー層は、アクセス形態（IPアクセスとブロードバンドアクセス）とサービス内容形態を提供します。基本層ではイーサネットの物理層として、当然のことながら、IP overDWDM は最新の技術を備えており、大きな発展の可能性を秘めています。
Dense Wave Division Multiplexing (DWDM) は、ファイバー ネットワークに新しい命を吹き込み、新しいファイバー バックボーンを敷設する通信会社に驚異的な帯域幅を提供します。DWDM テクノロジーは、光ファイバーと高度な光伝送機器の機能を利用します。光ファイバーの単一のストリームからの光の波長 (レーザー)。現在のシステムは 16 の波長を送信および認識できますが、将来のシステムは 40 ～ 96 の完全な波長をサポートできます。波長が追加されるたびに情報の流れが追加されるため、これは重要です。したがって、新しいファイバーを敷設することなく、2.6 Gbit/s (OC-48) ネットワークを 16 倍に拡張できます。
ほとんどの新しいファイバー ネットワークは OC-192 を (9.6 ギガビット/秒) で実行し、DWDM と組み合わせると、ファイバー ペアで 150 ギガビット/秒を超える容量を生成します。さらに、DWDM はインターフェイス プロトコルと速度に依存しない機能を提供し、両方の ATM をサポートします。 、SDH、およびギガビット イーサネットの信号伝送を単一のファイバーで行うことができるため、既存のネットワークと互換性があるため、DWDM は既存の資産を保護できるだけでなく、ISP および通信会社に強力なバックボーンを提供し、ブロードバンドをより安価でアクセスしやすくします。 VoIP ソリューションの帯域幅要件を強力にサポートします。
伝送速度が向上すると、パイプラインが粗くなり、ブロックされる可能性が低くなるだけでなく、遅延が大幅に減少するため、IP ネットワークの QoS 要件が大幅に軽減されます。
4.ブロードバンドアクセス技術
IPネットワークのユーザーアクセスは、ネットワーク全体の発展を制限するボトルネックになっています.長期的には、ユーザーアクセスの最終的な目標はファイバーツーホーム（FTTH）です.光アクセスネットワークには、大まかに言えば、光デジタルループキャリアシステムが含まれます.前者は主に米国にあり、口を開いたV5.1/V5.2と組み合わせて、その統合システムを光ファイバーで伝送し、大きな活力を示しています。
後者は主にオーダーとドイツにあります.10年以上にわたり、日本はパッシブ光ネットワークのコストを銅線やメタルツイストペアと同様のレベルにまで下げるための一連の対策を講じてきました.特に近年、ITU は ATM ベースのパッシブ光ネットワーク (APON) を提案しました。これは、ATM とパッシブ光ネットワークの利点を補完するものです。アクセス レートは 622 M ビット/秒に達することができ、これはブロードバンド IP マルチメディア サービスの開発に非常に有益であり、障害率とノード数を減らし、カバレッジを拡大することができます。現在、ITU は標準化作業を完了しています。 、メーカーは積極的に開発を進めており、市場に商品があり、21世紀のブロードバンドアクセス技術の主要な開発方向になります。
現在、主なアクセス技術は、PSTN、IADN、ADSL、CM、DDN、X.25、イーサネット、およびブロードバンド無線アクセス システム コラムなどです。CM (ケーブル モデム) は、同軸ケーブル、高い伝送速度、強力な干渉防止機能を使用します。双方向伝送ではなく、統一された標準はありません。ADSL (非対称デジタル ループ) は、ブロードバンドへの排他的なアクセスを提供し、既存の電話ネットワークを最大限に活用し、非対称伝送速度を提供します。ユーザー側のダウンロード速度は8Mbit/sに達し、ユーザー側のアップロード速度は1Mbit/sに達します.ADSLは、企業とすべてのユーザーに必要なブロードバンドを提供し、コストを大幅に削減します.低コストのADSLを使用地域回線を使用することで、企業はインターネットおよびインターネット ベースの VPN に高速でアクセスできるようになり、より高い VoIP 通話容量が可能になりました。
5.中央処理装置技術
中央処理装置 (CPU) は、機能、パワー、および速度において進化し続けています。これにより、マルチメディア PC の広範な適用が可能になり、CPU パワーによって制限されるシステム機能のパフォーマンスが向上します。ストリーミング オーディオおよびビデオ データを処理する PC の能力は、長い間待ち望まれていました。このコンピューティング機能により、高度なマルチメディア デスクトップ アプリケーションと、音声アプリケーションをサポートするネットワーク コンポーネントの高度な機能の両方が可能になります。