网路电话(Voice over Internet Protocol;简称VoIP),系将语音信号压缩成资料封包,再在IP网路基础上传送的语音服务;换言之,VoIP是在TCP/IP网路协定上将语音信号运用压缩技术,也就是类比声音转换压缩成封包资料传送.,透过网际网路传送语音的电信应用服务系统且利用Internet上提供即时语音服务,不再是使用传统的公众电话网路(PSTN),进行远端电话网路交谈,为目前最低成本电信费用的通话模式。
VoIP源于以色列的Vocaltec公司,该公司在1995年所开发出的网际网路电话软体,为利用网际网路不需经过PSTN打电话,全球的焦点此时也开始转向网际网路电话(IP)。除了利用电脑外加软、硬体外,也有一些厂商提供其他替代方案,即网路电话闸道器;利用闸道器(Gateway)来区隔语音信息与传统的网路封包资料,且将电话部分自动转送到传统的PSTN上。
VoIP电话专用IC分为语音和封包处理两部份
VoIP的通讯协定较普遍应用的有四项,计有H.323、Session Initiation Protocol (SIP)、Media Gateway Control Protocol (MGCP)与MEGACO/H.248 等。对相关业者而言,初期建置如何因应此四种主要通讯协定之互通是个重要的课题。目前,VoIP常使用的通话控制协定主要可分为点对点(Peer-to-Peer)与主从式(Clinet-Server)两大类,点对点通讯控制协定的H.323与SIP适用在对等(peer-level)的终端设备,而主从式通讯控制协定的MGCP与MEGACO适用在电信核心网路之主从式(Master-Slave)的局端设备。H.323由于发展较早,因此有7成以上的VoIP相关产品支援此一标准,而SIP在软体产业龙头Microsoft的支持下,在2002年成为最多VoIP相关产品所支援的通话协定。随着电信核心网路主从式架构的发展,MGCP协定被Cable Labs所主导PacketCable网路(美国CATV网)采用,成为Cable网路语音通话控制的标准,未来VoIP的电信网路核心架构将逐渐广泛应用。
设备厂商方面,电信设备厂商与许多网路电话闸道器设备大厂如Cisco、Nortel、Sonus等都将顺应NGN的趋势,其VoIP相关产品皆纷纷支援SIP、MGCP与MEGACO协定。在设备晶片方面,VoIP产品之关键零组件厂商如TI、ST、Broadcom、Netergy等亦纷纷开始生产支援SIP、MGCP及MEGACO协定的晶片,并逐渐提供整合型产品。
VoIP依功能基本上分成两大部份,一是语音Codec之压缩和解压缩,二便是予以IP封包化而进行语音资料的传收。语音的压缩和解压缩,将64kbps的数位音讯高效能编码化为8k~16kbps,ITU已在G系列中订定标准。一般常用8Kbps的G.729,5.3kbps~6.3kbps的高压缩率的G.723.1,以及16kbps之低压缩率但维持较高音质的G.728。各制造商必须依据所应用的产品之特性,选择适合的标准。利用VoIP或网路通路的原理就是将发话端的声音(Voice)先压缩成数据(Data)的形式,以封包交换(Packet Switching)利用网际网路传送到受话方之后,再解压缩还原成声音,所以会有语音延迟的现象产生,另外若是遇到网路频宽不足或是网路壅塞的情况,通话品质会受到一定程度的影响,其他还包括通话品质、接取速率、稳定度、服务优先权等。目前,各VoIP晶片的供应商发展状况如下:
STMicoelectronics的STLC1502分别有VoADSL和V0CableModem版本
与美商Netergy(原为8x8公司)合作推出STLC1502单晶片,STLC1502单晶片整合了STW5043及STLC3055,具有两组MMI,对于客户系统产品成本的降低,将有显着效益。此解决方案不仅是针对网路电话及闸道器,ST亦将以ST1502为基础,推出VoADSL及VoCableModem的解决方案。
Netergy Microelectronics将先进视讯功能加入它的封包语音半导体产品线,包括VoIP和VoDSL元件系列,并以STMicroelectronics授权的超长指令字集(VLIW)处理器做为新视讯架构核心,并利用Netergy的Audacity-T2核心与Veracity软体提供语音和网路处理功能。
新元件和韧体的主要应用对象包括IP视讯电话、多媒体分流装置、视讯转换器以及整合视讯、语音和资料闸道器。
Netergy利用STMicroelectronics的超长指令字集微处理器,再加上Netergy已通过市场考验的VoIP技术和完整的视讯专利产品线,它们将形成一套强大组合,协助Netergy把新世代的多媒体通信技术带给宽频市场。Netergy的半导体元件和软体产品让低成本、功能完整、电视画质、且以IP为基础的视讯和音讯服务得以实现,例如透过宽频线路提供视讯通信、具备视讯加强功能的IP-PBX/IP-Centrex解决方案以及各种视讯分流应用。
Broadcom的BCM1101可结合CATV视讯转换盒
Broadcom公司的BCM1101 IP电话晶片可结合BCM7110有线电视(CATV)视讯转换盒系统单晶片提供VoIP语音线路之服务。
TI TENTV整合6个高效能DSP
TI推出TNETV3010,包含1.8亿颗电晶体,采用0.13微米铜导线制程;除了整合6个高效能TMS320C55x DSP核心外,并包含24-Mbit晶片内建SRAM记忆体,是目前容量最大的整合记忆体。
TNETV3010可处理超过200个晶片内建PCM通道,与一颗高效能个人电脑微处理器相比,TNETV3010包含3倍的电晶体数量,但晶粒面积只有1/5,功率消耗更节省了50倍;专为电信系统开发的微处理器,以VoIP应用来说,该系统要求晶片必须内建大量记忆体,以便处理数量庞大的通道资料。
采用了0.13微米制程,因此能针对高密度语音应用发展出非常好的化的TNETV3010架构。透过多核心共享记忆体和周边电路的独特晶片架构,这颗微处理器将为客户提供更多的功能和更低的成本,另外还提供简单的程式规划模型(programming model),加快客户新产品上市时间。
TNETV3010晶片内建SRAM记忆体会分配给TNETV3010的6个DSP核心,这些核心则利用一个创新的多处理架构来处理超过200个VoIP通道的通讯作业;此外,这颗元件还包含已通过实际考验的Telogy Software软体,可提供电讯厂商等级的功能特色,加速系统开发。
另外,TI推出一款可程式的600MHz数位媒体处理器TMS320DM642,内建多媒体与通讯周边,可简化设计,降低系统成本;新处理器基于TMS320C64x DSP,并提供先进音讯和视讯演算法,适用于VoIP、随选视讯、多通道数位录影应用和高画质视讯编解码解决方案。除了目的码与C64x DSP完全相容,TMS320DM642还内建高画质视讯埠、无黏接逻辑乙太网路、多通道音讯和66MHz PCI连接,能让厂商增加新功能或进行系统整合;在600MHz频率下,DM642可同时执行4组MPEG2解码,达到每秒30格画面和D1(720x480)解析度,也能执行完整的MPEG2即时视讯编码。
DM642的黏接逻辑视讯界面与BT-656、多声道音讯界面和整合式连接界面相容,晶片并内建了66MHz PCI和乙太网路,可大幅降低视讯解决方案的系统成本。在数位录影机的应用上,DM642最多可直接连至六颗8位元编码器或解码器;而IP视讯电话和视讯会议系统亦只须使用一颗DM642处理器。
Oki的ML7074专为VoIP类比前端设计
Oki推出的ML7074语音编解码器是专门为VoIP产品的类比前端而设计,整合了回波抑制器,SLIC连接中的近端线路回声延迟为32ms,可抑制系统内的回音,支援免持作业,支援ITU-T G.729.A以下所有直接PCM数据。
其他特性还包括可选主从时脉、同步时脉、DTMF检测器及产生器、640位元组发送/接收FIFO、FSK产生功能,还具有接脚选择PCM介面及传统类比终端介面,可资实现数位及类比VoIP系统。
Agere的T8110适用于VoIP及3G无线基础架构
Agere的T8110高容量交换晶片在语音及资料处理电信系统中的主要功能负责语音及TDM流量在不同晶片及电路板间的切换,能大幅提升VoIP或第三代无线交换设备的交换容量;T8110晶片支援电信设备中广泛使用的H.100/H.110及PCI介面汇流排技术标准,如采用此晶片解决的电信设备厂商也同时具备了极高的设备扩充弹性。
过去分时多工交换晶片主要只能应用于较低容量的电脑电话应用中,T8110晶片则提供处理需要较高通道容量的VoIP及第三代无线基础架构交换应用上。
Silicon Laboratories推出目前最小的单通道介面元件 - Si3216
Silicon Laboratories推出的Si3216 ProSLICTM,为全球先进颗采用CMOS制程技术的整合式用户线路介面电路(Subscriber Line Interface;简称SLIC),可提供强大的宽频音讯处理能力,使VoIP应用拥有更佳通话品质;透过Si3216协助,消费者不但能享受VoIP电话的低成本优点,音讯效能也胜过传统电讯设备。
Si3216是以Silicon Labs的ProSLIC专利技术为基础,并把SLIC、双模式宽频/窄频音讯编码解码器以及电池产生功能整合至单颗低电压CMOS元件,使用面积也只有1.5平方英吋,是目前市场上体积最小的单通道电话介面元件。Si3216也提供完整的可程式能力,厂商只须实作一套产品设计,即可满足全球各地的电话标准要求,最适合支援各种用户端设备,例如具备语音功能的数位用户回路(DSL)数据机、住宅闸道器(residential gateways)以及用户交换机(PBX)系统。
Si3216 ProSLIC同时提供宽频(50 Hz至7.0 kHz)和窄频(200 Hz至3.4 kHz)音讯的编码/解码模式,使应用系统更容易在传统窄频语音和宽频高传真语音两种组态之间来回切换;利用这种双模式语音编码/解码器,厂商可为消费者提供一套多用途而低成本的解决方案。
Si3216接脚、电路板布局和软体都和Si3210完全相容,现有ProSLIC客户可轻易升级至这颗新元件;和Si3210一样,Si3216也整合一个电池供应,可持续调整输出电压,把全部操作模式的功率消耗减至最少,整个解决方案只须3.3V或5V单电源。Si3216还提供多项可规划设定的软体功能,包括5个响铃等效装置(Ringer Equivalency Number,简称REN)的内部响铃(internal ringing)、播号音产生(dual-tone audio generation)、来电显示产生(caller identification generation)、极性反转(polarity reversal)以及弹性的馈线诊断(flexible linefeed diagnostic)功能。Si3216采用38只接脚TSSOP封装,其样品元件已开始供应,预计2003年第一季即可量产。
另外,Silicon Laboratories推出支援全球电信法规的DAA(Direct Access Arrangement)元件-Si3050,把DAA技术正式扩展至语音电话的应用范围,并使其适用于多通道语音产品,如交换机(PBX)、支援语音服务的路由器、电脑电话系统、pairgain系统以及VoIP应用。
Si3050是以Silicon Labs专利ISOcap技术为基础的双晶片解决方案,包括一颗线路端元件和一颗系统端元件。它的主要特色包含了:可由软体选择的16种交流终端匹配方式;一个8或16位元的语音介面;一组可程式混合电路,可调整配合真实世界的线路状况;以及电话线信号增益或衰减的调整能力,调整精度以0.1分贝为单位。
Si3050还具备可程式能力,厂商只须实作一套解决方案,就可以支援全球各地的电话线路标准。由于每个连线埠的使用面积小于2平方英吋,因此相较于其它竞争解决方案,电信设备制造商只要采用Si3050,就能在线路卡上实作更多个语音通道。
介面支援部份,Si3050不但同时支援PCM/SPI和GCI介面,同时也相容于Silicon Labs的Si3220/Si3225 Dual ProSLIC,它可为电话网路源端(sourcing side)提供双通道类比电话介面。
Mapletree Networks双晶片解决方案-MTN3600
Mapletree Networks为媒体网路闸道应用提供具有更高埠密度的双晶片解决方案-MTN3600,MTN3600存取处理器晶片组由一个媒体处理器(MPSoC)和一个埠处理器SoC整合,此晶片组采用Mapletree的UniPorte技术,为IP的企业和电信网路的存取、干线和第三代无线电网路闸道应用提供高密度的VoIP解决方案;它能提供以前需要7、8个其他晶片才能提供的功能和密度,同时能够将媒体处理和封包集合功能分离开来。此产品使用的动态规划(DynaScheduler)技术能够按照特定埠子任务的需要动态地分配处理器资源,而不是对资源进行固定分派,实现比混合语音编码器更高的埠密度。 Fujitsu VoIP Codec支援4个独立及平行的语音声码器
Fujitsu为无线及宽频语音客户产品推出嵌入式VoIP CODEC核心,可支援4个独立及平行的语音声码器,每个通道都可以独立执行G.711、G.726、G.728、G.729AB及G.729E声码器,其CODEC核心名为Raptor,可以整合到802.11x WLAN、蓝芽Access Point、802.16固定无线接取以及新兴3G和4G移动市场中网际网路的多媒体资讯产品,还可用于特别的移动无线宽频终端、乙太网路、缆线数据机、家庭网路闸道及IP电话中。
该VoIP CODEC为接取主控制器及系统记忆体提供了内置汇流排主DMA介面,无需使用专用记忆体,该晶片连接外部类比电路提供了标准PCM高速通道,采用ARC核心,具有DSP扩充和硬体加速器。
CCL与Improv System合作开发技术
工研院电通所与美国Improv System缔结技术合作关系,从Improv取得技术授权,共同开发VoIP单晶片。电通所从Improv取得单晶片VoIP关键技术,双方并延伸共同开发完整的技术方案。
整合VoIP宽频设备商机看好
根据IDC统计,全球的VoIP市场值初期在1999年有4.8亿美元的规模,预估迄2004年将高达190亿美元;The Yankee Group的统计为VoIP设备市场在2002年时可达到16亿美元的规模是VoIP市场起飞的关键时刻。
目前台湾厂商已有VoCableModem以及VoADSL的小量出货,随着宽频时代的来临,此类整合VoIP的宽频设备商机颇受看好。以南韩通讯设备业者iCable System所推出的内建VoIP功能的缆线数据机为例,便是在既有的缆线数据机增加几条线的MGCP架构VoIP,可同时执行有线电视网的高速网际网路服务与网际网路电话服务。
整体看来,VoIP通讯协定的标准之争,由于发展的时间与特性不同,因此在整体的电信网路架构中皆产生不同的应用。在新的NGN电信架构采用MGCP/MEGACO协定的发展趋势下,设备厂商在初期时可考虑在MGCP的设计上加入SIP Proxy、Gatekeeper的控制协定功能,在IP网路环境上可同时支援H.323与SIP的终端产品。可预见SIP与MEGACO协定将广泛应用在未来的电信CPE与局端设备上。
VoIP的市场虽然成形,在引颈企盼中成为取代传统电话业务的技术且为低成本的替代方案,ISP与WLAN也开始整合VoIP。从系统供应商在VoIP产品销售的亮眼成绩,可预见VoIP市场未来的发展潜力。2001年7月开始,台湾已开放VoIP业务,未来VoIP市场将呈现一种爆炸性的成长,除了电话通讯成本大幅降低以外,还会带来更多附加价值的VoIP业务;不过VoIP的市场普及性端赖大型电信设备厂商是否积极采用,将决定投资业者成败的命运。
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