VoIP進(jìn)入家庭應(yīng)用的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　VoIP技術(shù)在企業(yè)應(yīng)用相對(duì)廣泛，而家庭應(yīng)用卻發(fā)展緩慢，除了寬帶網(wǎng)絡(luò)普及不足的原因外，標(biāo)準(zhǔn)、功能特性定型以及半導(dǎo)體方案等方面還存在很大的制約因素。本文介紹了VoIP的應(yīng)用現(xiàn)狀和技術(shù)平臺(tái)，并分析了VoIP相關(guān)的半導(dǎo)體和軟件的發(fā)展路線圖和未來VoIP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
 
　　VoIP是通過分組交換網(wǎng)絡(luò)傳輸語音采樣。通常有三種VoIP業(yè)務(wù)類型，今天最常見的一種是通過IP電話卡來進(jìn)行的通話，一般用于長(zhǎng)途語音通信，使用者可能永遠(yuǎn)都不知道他的通話是采用VoIP技術(shù)。 

　　第二種是PC至電話(或PC至PC)通話，是利用PC上運(yùn)行的軟件電話來進(jìn)行。通話者對(duì)著與PC相連的麥克風(fēng)、手機(jī)或無繩電話講話。很明顯，這種模式不可能擴(kuò)展到普通大眾，而僅限于熟悉計(jì)算機(jī)的用戶。使用筆記本及PDA上運(yùn)行的軟件電話客戶程序，將隨著無線數(shù)據(jù)及語音接入業(yè)務(wù)的繼續(xù)融合變得更為流行。 
第三種是設(shè)備至電話業(yè)務(wù)，其中將標(biāo)準(zhǔn)電話插入模擬電話適配器(ATA)/語音路由器中，或采用實(shí)際IP電話，用戶借助寬帶連接通話。無需用PC來實(shí)現(xiàn)通話，且用戶體驗(yàn)類似于常規(guī)電話業(yè)務(wù)，因而使其成為迄今VoIP技術(shù)提供商最感興趣的市場(chǎng)。 

VoIP應(yīng)用現(xiàn)狀 

　　盡管VoIP在去年獲得了廣泛關(guān)注，但其出貨量仍較低，尤其在美國。實(shí)際上，今天的大多數(shù)語音通信都屬于電話至電話或PC至電話。 
 
　　VoIP發(fā)展成為主流消費(fèi)類業(yè)務(wù)將推動(dòng)電話業(yè)務(wù)向設(shè)備至電話的模式進(jìn)行大規(guī)模轉(zhuǎn)移，且將隨著低成本、具有豐富特性的VoIP設(shè)備推出而獲得大量應(yīng)用。而這決定于半導(dǎo)體廠商能否提供滿足市場(chǎng)需求的價(jià)格點(diǎn)、特性及功能的器件，而要滿足這些要求還有待時(shí)日。 

　　有意思的是，企業(yè)對(duì)VoIP的采用卻相對(duì)廣泛，這是因?yàn)槠髽I(yè)中通常普及了以太網(wǎng)聯(lián)接，且采用VoIP能極大地減少電話開銷。IT經(jīng)理們通常已經(jīng)擁有專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，且能方便地利用該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)VoIP業(yè)務(wù)。特別是與專用分組交換機(jī)(PBX)解決方案相比，IP電話平均可將企業(yè)的服務(wù)成本降低20(。不僅能極大地減少通話成本，且VoIP所采用的會(huì)話發(fā)起協(xié)議(SIP)還能使通話雙方建立除語音以外的其它應(yīng)用，包括語音、視頻和即時(shí)消息等。在服務(wù)質(zhì)量(QoS)方面，VoIP在企業(yè)比在家庭中更容易得到滿足，因?yàn)閿?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是一種封閉系統(tǒng)及受控環(huán)境，且客戶端管理也比較簡(jiǎn)單，只需將電話插入現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中即可。VoIP還為區(qū)域內(nèi)通話漫游提供了一種移植到無線局域網(wǎng)語音(VoWLAN)的途徑。 

　　今天的企業(yè)市場(chǎng)主要由少數(shù)幾家供應(yīng)商(如Cisco、Avaya等)統(tǒng)治，但包括主要電話公司在內(nèi)的其它設(shè)備與服務(wù)提供商也正轉(zhuǎn)向VoIP，以占領(lǐng)SOHO市場(chǎng)，它們首先推出低月度不受限通話計(jì)劃，并開放市場(chǎng)來讓大家競(jìng)爭(zhēng)。如果能得到低成本及高性能設(shè)備廠商的支持，同樣的電話業(yè)務(wù)提供商甚至還能利用其設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施投資來進(jìn)入大眾市場(chǎng)。更低的成本以及增強(qiáng)特性，例如統(tǒng)一消息、個(gè)人(與位置無關(guān))電話號(hào)碼、電話簿/目錄、呼叫轉(zhuǎn)移、會(huì)議以及其它特性，將有助于創(chuàng)造更多用戶需求。
 
　　但VoIP進(jìn)入大眾市場(chǎng)的速度卻比較緩慢，且全球的步伐還不統(tǒng)一。在普通消費(fèi)市場(chǎng)上，迄今最成功的VoIP部署是在日本，由于其它電話業(yè)務(wù)的高成本，以及由Yahoo Broadband這樣的服務(wù)提供商所推出的雄心勃勃的寬帶及VoIP戰(zhàn)略，近幾年日本每年新增數(shù)百萬條VoIP電話線。而最具吸引力的機(jī)會(huì)將在擁有高寬帶部署率的韓國，以及許多地區(qū)缺少傳統(tǒng)銅線電話基礎(chǔ)設(shè)施，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(duì)較慢，主要因?yàn)槊绹腜STN電話太便宜，因此幾乎沒有改變現(xiàn)狀的動(dòng)機(jī)。 

VoIP產(chǎn)品平臺(tái) 

　　目前，三種VoIP平臺(tái)都已經(jīng)出現(xiàn)潛在的應(yīng)用(見圖1)。第一種是將VoIP功能增加到路由器或DSL/ 線纜調(diào)制解調(diào)器中，因此可稱為ATA、客戶端設(shè)備(CPE)或集成接入設(shè)備(IAD)。ATA平臺(tái)是其中最基本的一種，它能在一邊提供寬帶或以太網(wǎng)連接，而在另一邊則提供RJ11連接(亦稱為外部交換業(yè)務(wù)或FXS)，從而使得任何常規(guī)電話都能充當(dāng)IP電話使用。盡管這是一種最簡(jiǎn)單的配置，但目前業(yè)界開始轉(zhuǎn)向更高集成方案，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。更高集成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到一個(gè)可提供寬帶接入、LAN連接、電話適配器甚至撥號(hào)連接的設(shè)備盒中。未來這種設(shè)備盒還將增加視頻、存儲(chǔ)及其它外圍電路。 

　　由于部署及協(xié)調(diào)所有業(yè)務(wù)將面臨很多挑戰(zhàn)，在很多情況下將涉及到多種業(yè)務(wù)及內(nèi)容提供商，因此這種平臺(tái)的最終面市還須待時(shí)日。盡管ATA盒是目前普通消費(fèi)者選用的設(shè)備，但它們很可能最終將轉(zhuǎn)變?yōu)镮P電話及WiFi手機(jī)，以實(shí)現(xiàn)高級(jí)IP業(yè)務(wù)并取代無繩電話。
 
　　第二種VoIP平臺(tái)是當(dāng)前主要用于中小型企業(yè)的IP電話/ 網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備。IP電話外觀及使用的體驗(yàn)類似常規(guī)電話，唯一的區(qū)別是它們與LAN連接而不是與PSTN線連接。通過IP電話/ 網(wǎng)絡(luò)接口，人們即可用同樣的終端來訪問數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、即時(shí)消息甚至網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。幾乎以同樣的方式，隨著服務(wù)提供商開始在其無線語音網(wǎng)絡(luò)上增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，蜂窩電話已經(jīng)發(fā)展成為一種多功能通信平臺(tái)。 
第三種VoIP平臺(tái)是無線局域網(wǎng)(WLAN)，亦稱為WiFi手機(jī)，它將移動(dòng)性及可能的漫游功能與統(tǒng)一的消息傳送功能相結(jié)合。當(dāng)越來越多的寬帶接入家庭采用無線接入點(diǎn)時(shí)，就可用來實(shí)現(xiàn)這種無線手機(jī)業(yè)務(wù)。所有可用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都能被無線手機(jī)訪問，從而使其實(shí)現(xiàn)地址簿、電子日歷、瀏覽器等多功能集成。WLAN手機(jī)具有可移動(dòng)、易配置及部署成本相對(duì)較低的特點(diǎn)。今天，WLAN手機(jī)主要部署在一些垂直細(xì)分市場(chǎng)，如醫(yī)院、大型商店及校園等。
 
　　要使家庭及SOHO WiFi手機(jī)應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，其價(jià)格必須低于50美元。IEEE 802.11e標(biāo)準(zhǔn)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(yù)計(jì)，全球WiFi手機(jī)的出貨量將從2003年的6萬部增長(zhǎng)到2007年的350萬部，到2008年將達(dá)到550萬部。 

　　最新的一種平臺(tái)可能是同時(shí)具有蜂窩及WLAN功能的雙模式手機(jī)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可能將WLAN嵌入到手機(jī)中，使其既能作為采用WLAN的VoIP手機(jī)，又能作為常規(guī)手機(jī)使用。這樣運(yùn)營(yíng)商將獲得更多利益，因?yàn)檫@樣一來，在用戶密集地區(qū)只需增加網(wǎng)絡(luò)帶寬而無需擴(kuò)大整個(gè)蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施，降低了通信實(shí)現(xiàn)成本。這種電話具有充分的智能，如果有可用的接入點(diǎn)，它即會(huì)將IP通話通過成本較低的WLAN，否則通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)來傳輸語音通信。這種平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)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(jù)In-Stat資料，這些平臺(tái)的市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從去年的1100萬端口迅速增長(zhǎng)至2007年的3600萬端口，將為技術(shù)提供商及ODM提供廣闊的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。與IP電話相比，適配器盒將繼續(xù)擁有更大的出貨量，因?yàn)樗鼈兪且环N能擴(kuò)展路由器功能及采用傳統(tǒng)電話的更為直接的VoIP實(shí)現(xiàn)途徑。但這些數(shù)字卻沒有考慮集成WLAN/蜂窩手機(jī)所具有的巨大增長(zhǎng)潛力，預(yù)計(jì)到2007及2008年手機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到6億部，以如此巨大的市場(chǎng)基數(shù)，即使僅10(至20(的手機(jī)集成了WLAN，其市場(chǎng)潛力也十分巨大。
 
半導(dǎo)體及軟件發(fā)展路線圖 

　　盡管當(dāng)前已有好幾種集成半導(dǎo)體解決方案，但它們主要適合于企業(yè)IP電話市場(chǎng)。而在VoIP迄今仍主要作為DSL、線纜調(diào)制解調(diào)器或路由器附加功能的消費(fèi)市場(chǎng)，大多數(shù)半導(dǎo)體廠商一直在等待設(shè)備特性要求能早點(diǎn)固定，以便提供相關(guān)的SoC解決方案。對(duì)于大眾消費(fèi)市場(chǎng)而言，在很大程度上模塊化比集成更為重要，因?yàn)槠淠繕?biāo)是以幾種選項(xiàng)來在單個(gè)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)帶或不帶語音的多個(gè)不同類產(chǎn)品，同時(shí)等待特性要求固定以及VoIP成為主流。 
  
　　VoIP實(shí)現(xiàn)的語音處理基本上可以下列三種方式來實(shí)現(xiàn)：采用DSP語音處理器；采用集成了主處理器與DSP內(nèi)核的集成度更高的器件；采用運(yùn)行語音處理軟件的功能更強(qiáng)大的主處理器。隨著嵌入式主處理器的功能更加強(qiáng)大，它們能實(shí)現(xiàn)更多的語音處理功能，從而可以不需要專用DSP內(nèi)核，有助于減少產(chǎn)品尺寸和更好的功耗管理。 

　　迄今為止，采用語音協(xié)處理器對(duì)于那些VoIP作為附加功能的應(yīng)用來說不失為一種最佳策略，而IP電話及WiFi手機(jī)則可利用集成SoC解決方案或軟件來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)擁有DSP內(nèi)核及軟VoIP能力的半導(dǎo)體廠商，將能更好地定位以滿足迅速發(fā)展的需求，并能為每種應(yīng)用在基于主機(jī)、基于嵌入式DSP或基于語音協(xié)處理器的實(shí)現(xiàn)之間進(jìn)行最佳折衷選擇。 

　　VoIP設(shè)備中集成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(yīng)用。
 
　　語音處理主要任務(wù)包括各種語音編碼器、回音消除器以及音調(diào)檢波器與發(fā)生器。語音編碼器包括：G.729，它能以市話(或長(zhǎng)途電話)質(zhì)量在低于8 kbps的速率上編碼語音信號(hào)；G.722，它能以自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)方案來在48kbps、56kbps及64kbps速率上對(duì)7kHz帶寬的語音信號(hào)進(jìn)行編碼。此外，還有其它很多種語音增強(qiáng)功能，像舒適噪聲發(fā)生(CNG)及語音信號(hào)檢測(cè)(VAD)和幀丟失隱藏等，VAD通過只傳輸人耳能聽到的聲音來提高帶寬利用率，幀丟失隱藏可補(bǔ)償分組網(wǎng)絡(luò)中丟失數(shù)據(jù)幀，以及可吸收分組網(wǎng)絡(luò)中延時(shí)變化的“動(dòng)態(tài)抖動(dòng)補(bǔ)償”等功能。值得注意的是，這些增強(qiáng)功能對(duì)所感覺的語音質(zhì)量具有很大影響，同時(shí)也是區(qū)分各種解決方案優(yōu)劣的關(guān)鍵。
 
　　其它必須考慮的功能包括傳真、調(diào)制解調(diào)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(quán)問題與各種IP編碼器有關(guān)，這可能會(huì)直接或間接地增加產(chǎn)品成本。在定義產(chǎn)品特性集以及選擇技術(shù)提供商時(shí)，開發(fā)商必須清楚這些問題。
 
　　通話控制功能是一組協(xié)議，它能利用各種網(wǎng)絡(luò)元素(如各種類型的網(wǎng)關(guān))來實(shí)現(xiàn)并超越一般的PSTN電話特性。此外，它還能提供用于建立并端接通話(或多媒體對(duì)話)以及橋接PSTN與分組交換網(wǎng)絡(luò)的手段。目前已經(jīng)開發(fā)了幾種協(xié)議，包括H.323、媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議(MGCP)以及SIP等，早期采用H.323及SIP由于其相對(duì)簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展及特性豐富而獲得了最多支持。應(yīng)用軟件將最終決定設(shè)備的功能，無論是IP電話、ATA還是任何其它類似設(shè)備。同時(shí)，軟件還決定用戶界面、設(shè)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(shè)備的發(fā)展有些互相獨(dú)立且經(jīng)常改變，因此采用分層軟件架構(gòu)很重要。這種分層架構(gòu)還必須足夠模塊化，以便于集成、定制，以及便于由芯片提供商或系統(tǒng)集成商(或任何其它IP供應(yīng)商)所設(shè)計(jì)的組件的發(fā)展。圖2給出了這種架構(gòu)示意圖。 

　　外部交換局(FXO)是VoIP設(shè)備需支持的新功能之一，它實(shí)際上是與PSTN線的接口。FXO不僅能在IP網(wǎng)絡(luò)掉線時(shí)使通話方可以使用PSTN，而且還能在同一設(shè)備中實(shí)現(xiàn)在PSTN與VoIP之間切換，還能使ATA盒接受遠(yuǎn)程撥號(hào)，并根據(jù)所撥號(hào)碼或其它參數(shù)來將長(zhǎng)途及國際呼叫接到更便宜的IP網(wǎng)絡(luò)上。最便宜的通話、遠(yuǎn)程終端呼叫以及呼叫轉(zhuǎn)移等功能結(jié)合，充分利用了早期采用相同電話接口的模擬調(diào)制解調(diào)器技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
 
下一代VoIP手機(jī)
 
　　盡管面臨跨越幾種技術(shù)發(fā)展方向的高度動(dòng)態(tài)環(huán)境，芯片提供商們已開始聚集在擁有多種近期機(jī)會(huì)的架構(gòu)上。企業(yè)所使用的全特性IP手機(jī)、利用家庭聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的啞IP手機(jī)(dumb IP handset)、甚至采用USB連接的功能強(qiáng)大的PDA等，都很快能用到集成芯片。后者依靠網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、PC筆記本電腦或PDA來承載通話控制協(xié)議棧，并承擔(dān)全部VoIP處理任務(wù)。 

　　由于VoIP數(shù)據(jù)帶寬要求并不高，故802.11b完全可以滿足WLAN手機(jī)應(yīng)用。但在WLAN手機(jī)設(shè)計(jì)中還其它幾個(gè)方面問題需要仔細(xì)考慮，其中功效是關(guān)鍵問題，當(dāng)前市場(chǎng)上大多數(shù) 802.11器件并不能滿足手機(jī)的長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間要求；安全是另一個(gè)關(guān)切的問題，盡管目前WLAN領(lǐng)域中已有多種安全方案，但并不是全部都能支持，且安全I(xiàn)P客戶端的配置并非很順暢；最后一個(gè)重要問題是QoS，盡管已有眾多的標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范(如802.11e) ，但它仍是一個(gè)需要特別關(guān)注的棘手問題，語音應(yīng)用嚴(yán)格的低延時(shí)要求進(jìn)一步增加了QoS的挑戰(zhàn)。在這種情況下，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)連接是WLAN VoIP系統(tǒng)的關(guān)鍵要求。而WLAN一般被設(shè)置成即使在其互相通信時(shí)也能使所有客戶端都通過接入點(diǎn)，從而會(huì)占用更多的帶寬并引入額外的延時(shí)，故關(guān)鍵是必須在任何可能的情況下，通過對(duì)等連接來最有效地利用可用帶寬，并使延時(shí)最小。 

　　如上所述，IP電話與WiFi手機(jī)設(shè)計(jì)擁有許多共同點(diǎn)。設(shè)計(jì)工程師可以利用同一個(gè)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)兩種應(yīng)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(wǎng)驅(qū)動(dòng)器等其它特性，而WiFi手機(jī)則可能會(huì)使用這些功能中功耗較少的部分，并增加一個(gè)WLAN接口。這兩種應(yīng)用的典型設(shè)備都將采用功能強(qiáng)大的ARM或類似處理器內(nèi)核，并根據(jù)成本及功耗目標(biāo)來選擇軟件或硬件語音編解碼器。也可能會(huì)結(jié)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(shí)也要求用USB連接來實(shí)現(xiàn)增加存儲(chǔ)或連接攝像機(jī)以實(shí)現(xiàn)視頻電話等功能。甚至可以利用USB on-the-go (OTG)功能，使設(shè)備動(dòng)態(tài)地成為一個(gè)USB客戶機(jī)(當(dāng)充電或同步傳輸數(shù)據(jù)時(shí))或主機(jī)(當(dāng)采用攝像機(jī)功能時(shí)等)。 

　　因此，像這樣的SoC將能為VoIP系統(tǒng)ODM提供各種具有吸引力的下一代平臺(tái)設(shè)計(jì)選擇。在標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)、應(yīng)用及特性定型后，半導(dǎo)體廠商將會(huì)著手提供各種新的集成解決方案，并從目前的功能跨越到能提供集成語音＋WLAN解決方案，以及可充分利用USB 2.0這種新型連接技術(shù)的設(shè)備功能。此外，單一集成式SoC解決方案還將日益擁有用于多種產(chǎn)品平臺(tái)以及經(jīng)濟(jì)高效地為多個(gè)市場(chǎng)服務(wù)的靈活性。
 
作者：Zeev Collin，VoIP產(chǎn)品副總裁，科勝訊系統(tǒng)公司