VoIP進(jìn)入家庭應用的技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢

　　VoIP技術(shù)在企業(yè)應用相對廣泛，而家庭應用卻發(fā)展緩慢，除了寬帶網(wǎng)絡(luò )普及不足的原因外，標準、功能特性定型以及半導體方案等方面還存在很大的制約因素。本文介紹了VoIP的應用現狀和技術(shù)平臺，并分析了VoIP相關(guān)的半導體和軟件的發(fā)展路線(xiàn)圖和未來(lái)VoIP技術(shù)的發(fā)展趨勢。
 
　　VoIP是通過(guò)分組交換網(wǎng)絡(luò )傳輸語(yǔ)音采樣。通常有三種VoIP業(yè)務(wù)類(lèi)型，今天最常見(jiàn)的一種是通過(guò)IP電話(huà)卡來(lái)進(jìn)行的通話(huà)，一般用于長(cháng)途語(yǔ)音通信，使用者可能永遠都不知道他的通話(huà)是采用VoIP技術(shù)。 

　　第二種是PC至電話(huà)(或PC至PC)通話(huà)，是利用PC上運行的軟件電話(huà)來(lái)進(jìn)行。通話(huà)者對著(zhù)與PC相連的麥克風(fēng)、手機或無(wú)繩電話(huà)講話(huà)。很明顯，這種模式不可能擴展到普通大眾，而僅限于熟悉計算機的用戶(hù)。使用筆記本及PDA上運行的軟件電話(huà)客戶(hù)程序，將隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)數據及語(yǔ)音接入業(yè)務(wù)的繼續融合變得更為流行。 
第三種是設備至電話(huà)業(yè)務(wù)，其中將標準電話(huà)插入模擬電話(huà)適配器(ATA)/語(yǔ)音路由器中，或采用實(shí)際IP電話(huà)，用戶(hù)借助寬帶連接通話(huà)。無(wú)需用PC來(lái)實(shí)現通話(huà)，且用戶(hù)體驗類(lèi)似于常規電話(huà)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應用現狀 

　　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，今天的大多數語(yǔ)音通信都屬于電話(huà)至電話(huà)或PC至電話(huà)。 
 
　　VoIP發(fā)展成為主流消費類(lèi)業(yè)務(wù)將推動(dòng)電話(huà)業(yè)務(wù)向設備至電話(huà)的模式進(jìn)行大規模轉移，且將隨著(zhù)低成本、具有豐富特性的VoIP設備推出而獲得大量應用。而這決定于半導體廠(chǎng)商能否提供滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的價(jià)格點(diǎn)、特性及功能的器件，而要滿(mǎn)足這些要求還有待時(shí)日。 

　　有意思的是，企業(yè)對VoIP的采用卻相對廣泛，這是因為企業(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(huà)開(kāi)銷(xiāo)。IT經(jīng)理們通常已經(jīng)擁有專(zhuān)用數據網(wǎng)絡(luò )，且能方便地利用該網(wǎng)絡(luò )實(shí)現VoIP業(yè)務(wù)。特別是與專(zhuān)用分組交換機(PBX)解決方案相比，IP電話(huà)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(huà)成本，且VoIP所采用的會(huì )話(huà)發(fā)起協(xié)議(SIP)還能使通話(huà)雙方建立除語(yǔ)音以外的其它應用，包括語(yǔ)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(mǎn)足，因為數據網(wǎng)絡(luò )是一種封閉系統及受控環(huán)境，且客戶(hù)端管理也比較簡(jiǎn)單，只需將電話(huà)插入現有數據網(wǎng)絡(luò )中即可。VoIP還為區域內通話(huà)漫游提供了一種移植到無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)語(yǔ)音(VoWLAN)的途徑。 

　　今天的企業(yè)市場(chǎng)主要由少數幾家供應商(如Cisco、Avaya等)統治，但包括主要電話(huà)公司在內的其它設備與服務(wù)提供商也正轉向VoIP，以占領(lǐng)SOHO市場(chǎng)，它們首先推出低月度不受限通話(huà)計劃，并開(kāi)放市場(chǎng)來(lái)讓大家競爭。如果能得到低成本及高性能設備廠(chǎng)商的支持，同樣的電話(huà)業(yè)務(wù)提供商甚至還能利用其設備及基礎設施投資來(lái)進(jìn)入大眾市場(chǎng)。更低的成本以及增強特性，例如統一消息、個(gè)人(與位置無(wú)關(guān))電話(huà)號碼、電話(huà)簿/目錄、呼叫轉移、會(huì )議以及其它特性，將有助于創(chuàng )造更多用戶(hù)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一。在普通消費市場(chǎng)上，迄今最成功的VoIP部署是在日本，由于其它電話(huà)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戰略，近幾年日本每年新增數百萬(wàn)條VoIP電話(huà)線(xiàn)。而最具吸引力的機會(huì )將在擁有高寬帶部署率的韓國，以及許多地區缺少傳統銅線(xiàn)電話(huà)基礎設施，并可能一步跨越到光纖到戶(hù)(FTTH)的中國。VoIP在美國的采用相對較慢，主要因為美國的PSTN電話(huà)太便宜，因此幾乎沒(méi)有改變現狀的動(dòng)機。 

VoIP產(chǎn)品平臺 

　　目前，三種VoIP平臺都已經(jīng)出現潛在的應用(見(jiàn)圖1)。第一種是將VoIP功能增加到路由器或DSL/ 線(xiàn)纜調制解調器中，因此可稱(chēng)為ATA、客戶(hù)端設備(CPE)或集成接入設備(IAD)。ATA平臺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(chēng)為外部交換業(yè)務(wù)或FXS)，從而使得任何常規電話(huà)都能充當IP電話(huà)使用。盡管這是一種最簡(jiǎn)單的配置，但目前業(yè)界開(kāi)始轉向更高集成方案，譬如將VoIP功能與多端口有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)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(huà)適配器甚至撥號連接的設備盒中。未來(lái)這種設備盒還將增加視頻、存儲及其它外圍電路。 

　　由于部署及協(xié)調所有業(yè)務(wù)將面臨很多挑戰，在很多情況下將涉及到多種業(yè)務(wù)及內容提供商，因此這種平臺的最終面市還須待時(shí)日。盡管ATA盒是目前普通消費者選用的設備，但它們很可能最終將轉變?yōu)镮P電話(huà)及WiFi手機，以實(shí)現高級IP業(yè)務(wù)并取代無(wú)繩電話(huà)。
 
　　第二種VoIP平臺是當前主要用于中小型企業(yè)的IP電話(huà)/ 網(wǎng)絡(luò )接入設備。IP電話(huà)外觀(guān)及使用的體驗類(lèi)似常規電話(huà)，唯一的區別是它們與LAN連接而不是與PSTN線(xiàn)連接。通過(guò)IP電話(huà)/ 網(wǎng)絡(luò )接口，人們即可用同樣的終端來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數據業(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(zhù)服務(wù)提供商開(kāi)始在其無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )上增加數據業(yè)務(wù)，蜂窩電話(huà)已經(jīng)發(fā)展成為一種多功能通信平臺。 
第三種VoIP平臺是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)，亦稱(chēng)為WiFi手機，它將移動(dòng)性及可能的漫游功能與統一的消息傳送功能相結合。當越來(lái)越多的寬帶接入家庭采用無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)時(shí)，就可用來(lái)實(shí)現這種無(wú)線(xiàn)手機業(yè)務(wù)。所有可用數據業(yè)務(wù)都能被無(wú)線(xiàn)手機訪(fǎng)問(wèn)，從而使其實(shí)現地址簿、電子日歷、瀏覽器等多功能集成。WLAN手機具有可移動(dòng)、易配置及部署成本相對較低的特點(diǎn)。今天，WLAN手機主要部署在一些垂直細分市場(chǎng)，如醫院、大型商店及校園等。
 
　　要使家庭及SOHO WiFi手機應用成為現實(shí)，其價(jià)格必須低于50美元。IEEE 802.11e標準的最終敲定，也為WLAN語(yǔ)音傳輸提供了必要的QoS保證。In-Stat MDR預計，全球WiFi手機的出貨量將從2003年的6萬(wàn)部增長(cháng)到2007年的350萬(wàn)部，到2008年將達到550萬(wàn)部。 

　　最新的一種平臺可能是同時(shí)具有蜂窩及WLAN功能的雙模式手機。蜂窩網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商可能將WLAN嵌入到手機中，使其既能作為采用WLAN的VoIP手機，又能作為常規手機使用。這樣運營(yíng)商將獲得更多利益，因為這樣一來(lái)，在用戶(hù)密集地區只需增加網(wǎng)絡(luò )帶寬而無(wú)需擴大整個(gè)蜂窩基礎設施，降低了通信實(shí)現成本。這種電話(huà)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(huà)通過(guò)成本較低的WLAN，否則通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò )來(lái)傳輸語(yǔ)音通信。這種平臺的主要設計挑戰是：兩種模式共處而不互相干擾；可無(wú)縫地從一種模式切換到另一種模式；基于WLAN的VoIP通話(huà)能滿(mǎn)足QoS要求。
 
　　據In-Stat資料，這些平臺的市場(chǎng)預計將從去年的1100萬(wàn)端口迅速增長(cháng)至2007年的3600萬(wàn)端口，將為技術(shù)提供商及ODM提供廣闊的市場(chǎng)機會(huì )。與IP電話(huà)相比，適配器盒將繼續擁有更大的出貨量，因為它們是一種能擴展路由器功能及采用傳統電話(huà)的更為直接的VoIP實(shí)現途徑。但這些數字卻沒(méi)有考慮集成WLAN/蜂窩手機所具有的巨大增長(cháng)潛力，預計到2007及2008年手機市場(chǎng)規模將達到6億部，以如此巨大的市場(chǎng)基數，即使僅10(至20(的手機集成了WLAN，其市場(chǎng)潛力也十分巨大。
 
半導體及軟件發(fā)展路線(xiàn)圖 

　　盡管當前已有好幾種集成半導體解決方案，但它們主要適合于企業(yè)IP電話(huà)市場(chǎng)。而在VoIP迄今仍主要作為DSL、線(xiàn)纜調制解調器或路由器附加功能的消費市場(chǎng)，大多數半導體廠(chǎng)商一直在等待設備特性要求能早點(diǎn)固定，以便提供相關(guān)的SoC解決方案。對于大眾消費市場(chǎng)而言，在很大程度上模塊化比集成更為重要，因為其目標是以幾種選項來(lái)在單個(gè)設計中實(shí)現帶或不帶語(yǔ)音的多個(gè)不同類(lèi)產(chǎn)品，同時(shí)等待特性要求固定以及VoIP成為主流。 
  
　　VoIP實(shí)現的語(yǔ)音處理基本上可以下列三種方式來(lái)實(shí)現：采用DSP語(yǔ)音處理器；采用集成了主處理器與DSP內核的集成度更高的器件；采用運行語(yǔ)音處理軟件的功能更強大的主處理器。隨著(zhù)嵌入式主處理器的功能更加強大，它們能實(shí)現更多的語(yǔ)音處理功能，從而可以不需要專(zhuān)用DSP內核，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(yǔ)音協(xié)處理器對于那些VoIP作為附加功能的應用來(lái)說(shuō)不失為一種最佳策略，而IP電話(huà)及WiFi手機則可利用集成SoC解決方案或軟件來(lái)實(shí)現。同時(shí)擁有DSP內核及軟VoIP能力的半導體廠(chǎng)商，將能更好地定位以滿(mǎn)足迅速發(fā)展的需求，并能為每種應用在基于主機、基于嵌入式DSP或基于語(yǔ)音協(xié)處理器的實(shí)現之間進(jìn)行最佳折衷選擇。 

　　VoIP設備中集成越來(lái)越多特性和語(yǔ)音處理功能，這些通?？梢苑殖扇?lèi)，即語(yǔ)音處理、呼叫控制及應用。
 
　　語(yǔ)音處理主要任務(wù)包括各種語(yǔ)音編碼器、回音消除器以及音調檢波器與發(fā)生器。語(yǔ)音編碼器包括：G.729，它能以市話(huà)(或長(cháng)途電話(huà))質(zhì)量在低于8 kbps的速率上編碼語(yǔ)音信號；G.722，它能以自適應差分脈沖編碼調制(ADPCM)方案來(lái)在48kbps、56kbps及64kbps速率上對7kHz帶寬的語(yǔ)音信號進(jìn)行編碼。此外，還有其它很多種語(yǔ)音增強功能，像舒適噪聲發(fā)生(CNG)及語(yǔ)音信號檢測(VAD)和幀丟失隱藏等，VAD通過(guò)只傳輸人耳能聽(tīng)到的聲音來(lái)提高帶寬利用率，幀丟失隱藏可補償分組網(wǎng)絡(luò )中丟失數據幀，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)補償”等功能。值得注意的是，這些增強功能對所感覺(jué)的語(yǔ)音質(zhì)量具有很大影響，同時(shí)也是區分各種解決方案優(yōu)劣的關(guān)鍵。
 
　　其它必須考慮的功能包括傳真、調制解調器直通、IP傳真(T.38)、IP Modem(V.150)以及IP文本(V.151)等功能。有許多專(zhuān)利權問(wèn)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(kāi)發(fā)商必須清楚這些問(wèn)題。
 
　　通話(huà)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(lèi)型的網(wǎng)關(guān))來(lái)實(shí)現并超越一般的PSTN電話(huà)特性。此外，它還能提供用于建立并端接通話(huà)(或多媒體對話(huà))以及橋接PSTN與分組交換網(wǎng)絡(luò )的手段。目前已經(jīng)開(kāi)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由于其相對簡(jiǎn)單、可擴展及特性豐富而獲得了最多支持。應用軟件將最終決定設備的功能，無(wú)論是IP電話(huà)、ATA還是任何其它類(lèi)似設備。同時(shí)，軟件還決定用戶(hù)界面、設備配置與管理，以及整體功能和可用模式。
 
　　由于上述三種主要設備的發(fā)展有些互相獨立且經(jīng)常改變，因此采用分層軟件架構很重要。這種分層架構還必須足夠模塊化，以便于集成、定制，以及便于由芯片提供商或系統集成商(或任何其它IP供應商)所設計的組件的發(fā)展。圖2給出了這種架構示意圖。 

　　外部交換局(FXO)是VoIP設備需支持的新功能之一，它實(shí)際上是與PSTN線(xiàn)的接口。FXO不僅能在IP網(wǎng)絡(luò )掉線(xiàn)時(shí)使通話(huà)方可以使用PSTN，而且還能在同一設備中實(shí)現在PSTN與VoIP之間切換，還能使ATA盒接受遠程撥號，并根據所撥號碼或其它參數來(lái)將長(cháng)途及國際呼叫接到更便宜的IP網(wǎng)絡(luò )上。最便宜的通話(huà)、遠程終端呼叫以及呼叫轉移等功能結合，充分利用了早期采用相同電話(huà)接口的模擬調制解調器技術(shù)經(jīng)驗。
 
下一代VoIP手機
 
　　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(kāi)始聚集在擁有多種近期機會(huì )的架構上。企業(yè)所使用的全特性IP手機、利用家庭聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的啞IP手機(dumb IP handset)、甚至采用USB連接的功能強大的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(lái)承載通話(huà)控制協(xié)議棧，并承擔全部VoIP處理任務(wù)。 

　　由于VoIP數據帶寬要求并不高，故802.11b完全可以滿(mǎn)足WLAN手機應用。但在WLAN手機設計中還其它幾個(gè)方面問(wèn)題需要仔細考慮，其中功效是關(guān)鍵問(wèn)題，當前市場(chǎng)上大多數 802.11器件并不能滿(mǎn)足手機的長(cháng)待機時(shí)間要求；安全是另一個(gè)關(guān)切的問(wèn)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IP客戶(hù)端的配置并非很順暢；最后一個(gè)重要問(wèn)題是QoS，盡管已有眾多的標準及行業(yè)規范(如802.11e) ，但它仍是一個(gè)需要特別關(guān)注的棘手問(wèn)題，語(yǔ)音應用嚴格的低延時(shí)要求進(jìn)一步增加了QoS的挑戰。在這種情況下，對等網(wǎng)絡(luò )連接是WLAN VoIP系統的關(guān)鍵要求。而WLAN一般被設置成即使在其互相通信時(shí)也能使所有客戶(hù)端都通過(guò)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(guò)對等連接來(lái)最有效地利用可用帶寬，并使延時(shí)最小。 

　　如上所述，IP電話(huà)與WiFi手機設計擁有許多共同點(diǎn)。設計工程師可以利用同一個(gè)平臺來(lái)實(shí)現兩種應用，并利用相同的軟件。IP電話(huà)還要求更廣泛的LCD顯示以及以太網(wǎng)驅動(dòng)器等其它特性，而WiFi手機則可能會(huì )使用這些功能中功耗較少的部分，并增加一個(gè)WLAN接口。這兩種應用的典型設備都將采用功能強大的ARM或類(lèi)似處理器內核，并根據成本及功耗目標來(lái)選擇軟件或硬件語(yǔ)音編解碼器。也可能會(huì )結合A/D、D/A、LCD控制器、鍵盤(pán)掃描邏輯及功率管理特性等，同時(shí)也要求用USB連接來(lái)實(shí)現增加存儲或連接攝像機以實(shí)現視頻電話(huà)等功能。甚至可以利用USB on-the-go (OTG)功能，使設備動(dòng)態(tài)地成為一個(gè)USB客戶(hù)機(當充電或同步傳輸數據時(shí))或主機(當采用攝像機功能時(shí)等)。 

　　因此，像這樣的SoC將能為VoIP系統ODM提供各種具有吸引力的下一代平臺設計選擇。在標準出臺、應用及特性定型后，半導體廠(chǎng)商將會(huì )著(zhù)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(yǔ)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)品平臺以及經(jīng)濟高效地為多個(gè)市場(chǎng)服務(wù)的靈活性。
 
作者：Zeev Collin，VoIP產(chǎn)品副總裁，科勝訊系統公司