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IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)技術(shù)與IP可視對講技術(shù)的比較

2007/12/13

　　近幾年，隨著(zhù)IP可視對講技術(shù)的逐漸成熟，IP可視對講產(chǎn)品也逐步得到了普及應用。然而，一些廠(chǎng)家為了節省龐大的研發(fā)費用，將IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)技術(shù)直接移植到IP可視對講產(chǎn)品中，消費者無(wú)法辨識真假。為此，本文將通過(guò)對IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)技術(shù)與IP可視對講技術(shù)的分別闡述，并進(jìn)行比較，以幫助廣大消費者辨別真偽IP可視對講產(chǎn)品。

　　IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)泛指在以IP（Internet Protocol）為網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行話(huà)音通訊的系統，它采用的技術(shù)統稱(chēng)為VoIP(Voice over IP)，即IP上傳送話(huà)音。由于計算機網(wǎng)絡(luò )采用的都是分組交換技術(shù)，其傳送的數據單元都是由控制部分和數據部分封裝而成的獨立數據包，通常稱(chēng)之為“分組”，因此，從更一般的意義上來(lái)說(shuō)，VoIP屬于分組話(huà)音通信的范疇。

　　而從技術(shù)上說(shuō)，IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)則是以IP為標志的網(wǎng)絡(luò )分組化和以多媒體為目標的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)綜合化兩大主流技術(shù)融合的結果。隨著(zhù)分組通信技術(shù)、綜合業(yè)務(wù)通信技術(shù)，以及IP通信技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是90年代以來(lái)以TCP/IP為核心協(xié)議的因特網(wǎng)（Internet）在全球范圍內超乎尋常的大發(fā)展，使得以IP業(yè)務(wù)為主的數據業(yè)務(wù)成倍增長(cháng)，數據業(yè)務(wù)成倍增長(cháng)又導致IP網(wǎng)絡(luò )的大力擴建，增加其帶寬，有效提高了Internet傳送質(zhì)量；反過(guò)來(lái)，它又促進(jìn)了Internet業(yè)務(wù)的發(fā)展和用戶(hù)數的增長(cháng)。

　　Internet已從單純的數據業(yè)務(wù)進(jìn)入包括聲音和圖像在內的多媒體通信領(lǐng)域，傳統的計算機網(wǎng)絡(luò )和電信網(wǎng)絡(luò )壁壘分明的界線(xiàn)已經(jīng)被打破。Internet進(jìn)入電信服務(wù)的第一步，自然就是用戶(hù)面最為廣泛的基于IP的分組話(huà)音通信，即IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)。

IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)關(guān)鍵技術(shù)

　　IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)由于具有價(jià)格低廉、可以靈活提供各種增值業(yè)務(wù)、有利于企業(yè)建立高效綜合服務(wù)內部網(wǎng)、有利于運營(yíng)商開(kāi)拓新的市場(chǎng)及有助于和新技術(shù)的融合等的應用優(yōu)勢，使得IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)能夠贏(yíng)得市場(chǎng)的青睞。其關(guān)鍵技術(shù)主要表現在以下幾個(gè)方面，即話(huà)音處理技術(shù)、IP話(huà)音通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò )管理和安全技術(shù)、終端技術(shù)及視頻編碼技術(shù)。

　　話(huà)音處理技術(shù)是IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)技術(shù)的重要組成部分，IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)中的話(huà)音處理主要解決兩個(gè)問(wèn)題。一是在保證一定話(huà)音質(zhì)量的前提下盡可能降低編碼比特率，二是在IP網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下保證一定的通話(huà)質(zhì)量。前者主要是話(huà)音編碼技術(shù)，包括靜音檢測；后者包括分組丟失補償和回波抵消技術(shù)。在話(huà)音通信中，時(shí)延指標是主要的，時(shí)延過(guò)大會(huì )使聽(tīng)話(huà)者有不連續的感覺(jué)，而時(shí)延抖動(dòng)是次要的。另外，話(huà)音編碼算法需要考慮三個(gè)方面的問(wèn)題：編碼比特率、話(huà)音質(zhì)量和算法復雜度。一般來(lái)說(shuō)，這些指標是有矛盾的，比特率越低，線(xiàn)路的利用率越高，但話(huà)音質(zhì)量會(huì )受到影響；在同樣比特率情況下，算法設計越復雜，話(huà)音質(zhì)量就會(huì )有所提高，但處理時(shí)延將增加。目前在PSTN中廣泛應用的是PCM話(huà)音編碼，其比特率為64Kbit/s，話(huà)音采樣率是8KHz。它屬于波形編碼類(lèi)型。通常，這類(lèi)編碼的最低比特率為32Kbit/s，即ADPCM。若要進(jìn)一步降低其比特率，特別是低于16Kbit/s的低比特率編碼方案，必須采用新的編碼原理，這就是參數編碼，又稱(chēng)作聲碼器（Vocoder）技術(shù)。它是通過(guò)模擬人的發(fā)聲器官，提取模型參數來(lái)降低話(huà)音信息編碼率的。

　　目前，IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)最常用的是G.729和G.723話(huà)音編碼。G.729是8Kbit/s的LPAS聲碼器，線(xiàn)性預測采用前饋型前向自適應技術(shù)，并使用預示提高合成模型的精度。G.723是雙速率LPA聲碼器，低速率的編碼比特率為5.3Kbit/s，高速率的編碼比特率為6.3Kbit/s，線(xiàn)性預測也采用前饋型前向自適應，并使用預視。G.723主要應用于低比特率可視電話(huà)。

　　靜音檢測又稱(chēng)話(huà)音活動(dòng)性檢測，它是一種靜音壓縮技術(shù)，實(shí)用的靜音壓縮技術(shù)由話(huà)音活動(dòng)性檢測器和舒適噪聲生成器兩個(gè)部分組成。分組丟失補償主要以處理在傳輸過(guò)程中分組的丟失為主要目的。因為在IP網(wǎng)絡(luò )中分組的丟失是不可避免的，丟失的原因可能是線(xiàn)路誤碼或者網(wǎng)絡(luò )路由器故障，更常見(jiàn)的原因則是傳輸時(shí)延過(guò)長(cháng)或網(wǎng)絡(luò )擁塞導致分組被丟棄。

　　回波抵消主要針對通話(huà)回聲的抑制，對于純IP電話(huà)系統來(lái)說(shuō)，由于話(huà)音信號的接收和發(fā)送經(jīng)由不同的物理線(xiàn)路，也就是所謂的四線(xiàn)制，因此不存在回音的問(wèn)題。如果IP網(wǎng)和PSTN互連，通信雙方至少有一方是二線(xiàn)制電話(huà)，涉及有混合線(xiàn)圈的2/4線(xiàn)轉換電力，就會(huì )產(chǎn)生回音。（其原理如圖1所示）理論上說(shuō)，混合線(xiàn)圈對端間的衰耗應為無(wú)窮大，這樣IP電話(huà)發(fā)出的話(huà)音信號只能送到PSTN電話(huà)，不會(huì )串到對端。可是，實(shí)際上混合線(xiàn)圈很難做到完全平衡，這樣一部分信號將漏到對端返回IP電話(huà)，如果傳輸時(shí)延較長(cháng)，發(fā)話(huà)者就會(huì )感到明顯的回聲，嚴重干擾通話(huà)。

　　回波抵消就是通過(guò)自適應方法估計回波信號的大小，然后在接收信號中減去此估計值。這種方法雖然比較復雜，但是已有專(zhuān)用芯片推出，因此得到廣泛的應用。在IP網(wǎng)絡(luò )和PSTN互通的情況下，回波抵消功能一般由網(wǎng)關(guān)完成。

　　除此之外，IP話(huà)音通信協(xié)議包含有話(huà)音通信控制協(xié)議、話(huà)音信息傳送協(xié)議、會(huì )議電話(huà)控制協(xié)議及實(shí)時(shí)控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò )管理和安全技術(shù)主要體現在IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)系統的安全性如鑒權、權限驗證、加密等和IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)系統必須具有的計費功能和運營(yíng)商間互操作管理功能等方面。而終端技術(shù)則主要體現在基于以太網(wǎng)的專(zhuān)用IP電話(huà)機。此類(lèi)話(huà)機具有許多PC機的特性，比如典型的如RJ-45接口、具有自己的IP地址、內置多種話(huà)音壓縮編碼等等。

　　IP網(wǎng)絡(luò )可視電話(huà)的視頻編碼技術(shù)

　　IP網(wǎng)絡(luò )可視電話(huà)，即在IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)的基礎上增加了視頻傳輸功能。

　　在IP網(wǎng)絡(luò )可視電話(huà)中，視頻編碼技術(shù)是視頻處理的重要組成部分，目前最常用的視頻編碼為MPEGx及H.26x系列，筆者以H.26x系列為例進(jìn)行分析。

　　H.261是最早出現的視頻編碼建議，目的是規范ISDN網(wǎng)上的會(huì )議電視和可視電話(huà)應用中的視頻編碼技術(shù)。它采用的算法結合了可減少時(shí)間冗余的幀間預測和可減少空間冗余的DCT變換的混合編碼方法。和ISDN信道相匹配，其輸出碼率是p×64kbit/s。p取值較小時(shí)，只能傳清晰度不太高的圖像，適合于面對面的電視電話(huà)；p取值較大時(shí)（如 p＞6），可以傳輸清晰度較好的會(huì )議電視圖像。H.263建議的是低碼率圖像壓縮標準，在技術(shù)上是對H.261的改進(jìn)和擴充，支持碼率小于64kbit/s的應用。但實(shí)質(zhì)上，H.263以及后來(lái)的H.263+和H.263++已發(fā)展成支持全碼率應用的建議，從它支持眾多的圖像格式這一點(diǎn)就可看出，如Sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF甚至16CIF等格式。
IP可視對講技術(shù)的特點(diǎn)及技術(shù)參數

　　IP可視對講又稱(chēng)為全數字對講，它是在原有的總線(xiàn)式可視對講系統的基礎上演變過(guò)來(lái)的數字化產(chǎn)品。IP可視對講系統采用當前最新的數字音視頻壓縮、DSP、嵌入式及流媒體網(wǎng)絡(luò )傳輸等技術(shù)，結合家庭智能網(wǎng)關(guān)系統的特點(diǎn)，利用小區的以太網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò )流傳送，集成報警、門(mén)禁、智能家電等控制功能，提供短信、公告等增值服務(wù)。核心模塊是基于TCP/IP協(xié)議的可視對講系統（包含戶(hù)內機/門(mén)口機/圍墻機/管理機），提供核心控制與調度、音視頻處理與壓縮、網(wǎng)絡(luò )控制與傳輸、以及周邊設備（如RS232/RS485）控制等功能。

　　IP可視對講系統主要特點(diǎn)是門(mén)口主機、室內分機、管理中心控制主機的音視頻信號均采用數字壓縮處理后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送及接收，設備之間均采用網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)連接方式，安裝及聯(lián)網(wǎng)方便快捷（可直接并入小區內現成的到戶(hù)網(wǎng)絡(luò )，無(wú)須另行布線(xiàn)）。室內分機還提供視頻信號輸入接口，可外接視頻信號（如攝像機等視頻設備）；8路的報警輸入輸出接口（輸入輸出可定義），可接紅外/微波探測器、幕簾式探測器、門(mén)磁等報警探測設備及警號、警燈等報警輸出控制設備；系統還支持互聯(lián)網(wǎng)接入功能，支持遠程異地聯(lián)網(wǎng)監控功能，直接通過(guò)IE方式即可進(jìn)行圖像及聲音的瀏覽、報警的布撤防功能。

特點(diǎn) 技術(shù)參數 IP可視對講和IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)的比較

　　近幾年來(lái)，IP可視對講憑借其強大的優(yōu)勢在實(shí)際應用中越來(lái)越得到普及，其市場(chǎng)份額也越來(lái)越大。因此越來(lái)越多的商家投入到IP可視對講產(chǎn)品的制造行列，有些商家為了節省龐大的研發(fā)費用干脆拿現成的IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)技術(shù)直接移植到IP可視對講產(chǎn)品中，其中最為突出的就是以飛利浦芯片為主的解決方案。那么這樣做的后果是什么呢？存在哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？讓我們從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行比較。

　　1、從通訊模式來(lái)看，IP可視對講系統和IP網(wǎng)絡(luò )（可視）電話(huà)存在本質(zhì)上的區別。IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)主要存在PC-PC通信、電話(huà)—電話(huà)通信、PC—電話(huà)通信和IP用戶(hù)控制的電話(huà)—電話(huà)通信，IP可視對講主要存在大門(mén)口主機—室內分機、門(mén)口主機—室內分機、門(mén)口主機—管理中心機和室內分機—室內分機。例如：北京的用戶(hù)甲通過(guò)辦公室的電腦（IP語(yǔ)音終端）與廣州的用戶(hù)乙的辦公室電腦（IP語(yǔ)音終端）之間進(jìn)行通話(huà)，當然也可以是視頻電話(huà)類(lèi)的數據業(yè)務(wù)。這就是典型的PC-PC通信。在某個(gè)小區內，訪(fǎng)客A通過(guò)裝于小區入口的大門(mén)口主機（IP大門(mén)口主機）與該小區內某個(gè)單元某層某室住戶(hù)B的室內可視分機（IP室內數字終端）進(jìn)行通話(huà)、對講，這就是典型的大門(mén)口主機-室內分機之間通訊模式。

　　2、從信號傳輸的路徑來(lái)看，IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)側重于因特網(wǎng)（Internet）之間的通信，如用戶(hù)甲和用戶(hù)乙之間是通過(guò)兩地之間的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊；而IP可視對講側重于LAN(或VLAN)之間的通信，如訪(fǎng)客A和住戶(hù)B之間是通過(guò)小區內的局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現兩者之間的通訊。因特網(wǎng)（Internet）之間的通信只應用在少數的遠程控制。如住戶(hù)B在辦公室的電腦上通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)控制自己家中的室內數字終端，完成防區的布/撤防、家電的控制及圖像的查看等操作。

　　3、在音視頻編碼方面，IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)更多的是考慮帶寬的影響，而在音視頻質(zhì)量和傳輸網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際情況之間進(jìn)行取舍和平衡，選取高壓縮率的音視頻編碼算法（G.729, H.264）對其具有十分的必要性。然而，高壓縮率的編碼勢必會(huì )導致圖像和聲音質(zhì)量的下降，加上編碼器產(chǎn)生的各種時(shí)延（算法時(shí)延、計算時(shí)延、復用時(shí)延和傳輸時(shí)延），必然會(huì )導致圖像及聲音的質(zhì)量下降，這與我們在電腦上用QQ視頻聊天的情況是類(lèi)似的。即便是在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境比較好的情況下圖像也不是十分的流暢，圖像的清晰度也不是很好，聲音聽(tīng)起來(lái)存在斷續現象，失真比較嚴重。在IP可視對講中，這種情況將更加嚴重。因為在IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)中使用的終端多為電話(huà)機及PC型的話(huà)音終端，話(huà)機產(chǎn)生的回聲可以通過(guò)回波消除的方法進(jìn)行消除，而在IP可視對講系統中使用的終端多為單線(xiàn)制（聲音為一條線(xiàn)）的免提室內分機和門(mén)口主機，這樣的主機和分機所產(chǎn)生的回音要比電話(huà)機大得多，此時(shí)的回聲不僅有電路造成的電回聲，同時(shí)還具有機器結構產(chǎn)生的聲回聲。如何消除這類(lèi)回聲，這可以說(shuō)是世界性的難題。

　　4、從系統及用戶(hù)的使用要求來(lái)看，IP可視對講要比IP網(wǎng)絡(luò )（可視）電話(huà)要高得多。IP網(wǎng)絡(luò )（可視）電話(huà)要求能聽(tīng)得到對方聲音（和看得到對方的圖像）就足夠了，至于聲音及圖像的質(zhì)量那就要看網(wǎng)絡(luò )的情況來(lái)定了。這一點(diǎn)用戶(hù)心里也很清楚，為了省點(diǎn)錢(qián)差就差點(diǎn)啦，只要能說(shuō)得過(guò)去就行了。要是無(wú)法接受的話(huà)還可以有很多的選擇余地，如用有線(xiàn)電話(huà)、小靈通、GSM移動(dòng)電話(huà)等等。而IP可視對講主要針對小區的住戶(hù)，是房地產(chǎn)商提供給小區所有住戶(hù)使用的門(mén)禁可視對講系統。它的使用者是小區住戶(hù)，實(shí)際購買(mǎi)者也是下區住戶(hù)，它的質(zhì)量好壞、系統的穩定性直接影響小區住戶(hù)的自身安全及切身利益。類(lèi)似QQ視頻聊天這樣的效果產(chǎn)品給住戶(hù)作為門(mén)禁可視對講產(chǎn)品，住戶(hù)肯定是接受不了的。另外作為IP可視對講系統的重要組成部分——IP室內數字終端，它往往是集成多種功能于一體的，它既是門(mén)禁可視對講系統的室內可視分機，同時(shí)又可以是家居安防系統的報警主機，同時(shí)又可以是智能家居系統的家電控制器，同時(shí)又是網(wǎng)絡(luò )中的網(wǎng)關(guān)等。這種情況下住戶(hù)對它的要求就更高了，因為它是跟住戶(hù)的安全是息息相關(guān)的。比如IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)的語(yǔ)音終端出問(wèn)題，大不了就是通不了話(huà)而已，然而要是IP可視對講的室內數字終端出故障就會(huì )導致用戶(hù)的生命財產(chǎn)安全。兩者的安全系數要求完全不是處于同一平臺的。

結論：IP可視對講≠I(mǎi)P網(wǎng)絡(luò )電話(huà)

　　通過(guò)以上分析，IP可視對講和IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)不論從通訊模式、信號傳輸的途徑、音視頻編碼方式還是從系統及用戶(hù)的使用要求來(lái)看，兩者之間都存在本質(zhì)的不同。一味地將IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)技術(shù)原封不動(dòng)地移植到IP可視對講中來(lái)，其結果可想而知。所幸的是，國內一些廠(chǎng)家已經(jīng)認識到了其中厲害關(guān)系，紛紛投以巨資進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)。針對IP可視對講有別于IP網(wǎng)絡(luò )電話(huà)的特點(diǎn)，創(chuàng )建了具有自主知識產(chǎn)權的音視頻編碼算法，很好地解決了這一難題（包括回聲消除及音視頻信號傳輸質(zhì)量的保障），既充分滿(mǎn)足了IP可視對講對聲音和圖像的要求，又解決了網(wǎng)絡(luò )傳輸的帶寬問(wèn)題。相信隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人們生活水平的提高，IP可視對講將更穩定可靠，更容易走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。

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