 |
История развития технологии
|
|
|
|
IP-телефония (VoIP)
IP-телефония (VoIP) — система связи, при которой аналоговый звуковой сигнал от одного абонента дискретизируется (кодируется в цифровой) вид, компрессируется и пересылается по цифровым каналам связи до второго абонента, где производится обратная операция — декомпрессия, декодирование и воспроизведение аналогового сигнала.
Другими словами, VoIP VoIP – это технология передачи голосовой информации в режиме реального времени через Интернет или любую другую сеть на основе протокола IP (Internet Protocol).
История развития технологии
Отправная точка развития этой технологии – начало 1995 г., когда компания VocalTec выпустила первую программу, с помощью которой пользователи двух мультимедиа-компьютеров, оснащенных микрофонами и динамиками, могли организовать между собой переговоры. Собственно основным преимуществом решений на базе VoIP является не создание голосового канала между персональными компьютерами как такового, а именно способность пересылки голосового трафика по сетям передачи данных, работающим на базе протокола IP. Ведь при этом используется весьма доступная среда, а инфраструктура Internet, развиваясь стремительными темпами, к тому времени уже справлялась с таким ресурсоемким приложением, как голосовая связь.
Правда, надо признать, что новой технологии на первых порах пришлось непросто.
Рис. 1. Схема организации IP-телефонии на
базе спецификации H.323
Дело в том, что после оцифровки поток голосовых данных разбивается на отдельные пакеты, которые пересылаются между двумя компьютерами по произвольным маршрутам. Из-за этого в пункт назначения пакеты приходят в разные временные промежутки, и при их сборке и восстановлении в режиме реального времени обратно в аналоговую форму может наблюдаться значительное искажение голоса либо просто выпадение отдельных участков разговора. Целый год понадобился разработчикам для достижения такого качества передачи, при котором разговор двух людей, организованный с помощью IP-телефонии, не вызывал бы у них неприятных ощущений. Причем совершенствование шло сразу по нескольким направлениям.
|
|
|
Прежде всего специалисты поработали над алгоритмами голосовых кодеков и особенно над их устойчивостью к выпадению или несвоевременному прибытию (что в данном случае одно и то же) некоторых пакетов. Кроме того, за счет компрессии пауз в речи между отдельными словами и предложениями, а также связанных с дыханием человека, оказалось возможным значительно сократить объем передаваемой информации.
Обеспечение качества связано с эффектами задержек, возникающими при передаче голоса по IP-сети. Человек их не замечает, если они не превышают 250 мс. Сегодня продукты IP-телефонии удовлетворяют такому требованию, и в худшем варианте разговор напоминает случай, когда соединение происходит с помощью спутникового канала. Но совершенствование технологии продолжается как за счет доводки характеристик IP-шлюзов, так и путем использования аппаратуры для построения инфраструктуры Internet, поддерживающей резервирование полосы пропускания (Reservation Protocol – RSVP) для этого типа трафика.
Следующая важная веха в истории IP-телефонии связана уже с названиями двух известных компаний. В марте 1996 г. VocalTec объявила о начале совместной разработки с Dialogic, входящей ныне в состав корпорации Intel. Этот проект по выпуску первого шлюза для IP-телефонии открыл для нее новые горизонты и поднял технологию на качественно иной уровень. Поэтому мы остановимся подробнее на предложенной данными компаниями архитектуре.
Рис. 1. Архитектура SIP: взаимодействие
peer-to-peer с участием нескольких серверов
|
|
|
Шлюз принимает вызов с обычного телефонного аппарата, преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму, сжимает его, разбивает на последовательные пакеты IP-протокола и снабжает их необходимой управляющей информацией в соответствии с требованиями IP-телефонии. Указанный поток достигает аналогичного шлюза, расположенного вблизи от вызываемого абонента, где производятся сборка пакетов и обратное их преобразование в аналоговую форму. Полученный таким образом сигнал поступает в телефонную сеть, а уже оттуда – на аппарат второго участника соединения. При этом в функции шлюза входит и формирование всех необходимых управляющих сигналов для работы в PSTN. И вся эта схема функционирует в режиме полного дуплекса.
Особенности передачи
Передача голоса по Интернет происходит в несколько этапов. Первый этап – это оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. На этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование. На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок.
Компрессия данных позволяет передавать по Интернет-каналу одновременно несколько разговоров (в отличие от традиционной телефонии, где для передачи одного разговора используется целый канал), что существенно уменьшает стоимость междугородних и международных телефонных разговоров по сравнению с традиционной телефонией.
Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов. Когда голосовые пакеты приходят на терминал получателя, то сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться. Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных либо потерянных данных. Передача голоса критична ко времени доставки, поэтому включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом. Отсюда возникают небольшие искажения голоса при передаче. Кроме того, так как IP-пакеты проходят через несколько маршрутизаторов, то во время разговора возникают небольшие (0,1 - 0,4 секунды) задержки.
|
|
|
3. Качество голоса, передаваемого по IP-сетям
Качество голоса — субъективная оценка, которая складывается из таких параметров, как разборчивость, чистота и тональность речи, уровень громкости, наличие или отсутствие эха.
Влияют на данные показатели как сама IP-сеть, так и возможности шлюза:
- эффективность использования полосы пропускания:
1) определяется используемыми кодеками сжатия голоса — G.729, G.723, G.711, которые позволяют сжать голосовой трафик в несколько раз;
2) функция подавление пауз в разговоре (VAD) позволяет сократить трафик за счет того, что, когда абонент молчит, передача пакетов не осуществляется;
3) генерация комфортного шума (CNG) обеспечивает моделирование фоновых шумов вместо вырезанных пауз на стороне слушателя; - задержка — время, вносимое шлюзом при кодировании и декодировании речевого сигнала;
- буфер джиттера — обеспечивает интеллектуальную обработку задержек доставки пакетов, связанных с природой IP-сетей, для восстановления требуемой последовательности воспроизведения голоса;
- компенсация потерянных пакетов — позволяет сглаживать искажения в воспроизведении устойчивой речи, вызванной потерей при доставке пакетов (до 5-7%);
- эхо подавление — механизмы для компенсации эха, возникающего при передаче по сети;
- управление уровнем сигнала — обеспечивает возможность регулировать уровень громкости входящих и исходящих аудио сигналов.
|
|
|
