IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)與IP可視對講技術(shù)的比較
2007/12/13
近幾年，隨著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(yīng)用。然而，一些廠家為了節(jié)省龐大的研發(fā)費用，將IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)直接移植到IP可視對講產(chǎn)品中，消費者無法辨識真假。為此，本文將通過對IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)與IP可視對講技術(shù)的分別闡述，并進行比較，以幫助廣大消費者辨別真?zhèn)蜪P可視對講產(chǎn)品。
IP網(wǎng)絡(luò)電話泛指在以IP（Internet Protocol）為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò)中進行話音通訊的系統(tǒng)，它采用的技術(shù)統(tǒng)稱為VoIP(Voice
over IP)，即IP上傳送話音。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(shù)據(jù)單元都是由控制部分和數(shù)據(jù)部分封裝而成的獨立數(shù)據(jù)包，通常稱之為“分組”，因此，從更一般的意義上來說，VoIP屬于分組話音通信的范疇。
而從技術(shù)上說，IP網(wǎng)絡(luò)電話則是以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(jié)果。隨著分組通信技術(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年代以來以TCP/IP為核心協(xié)議的因特網(wǎng)（Internet）在全球范圍內(nèi)超乎尋常的大發(fā)展，使得以IP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成倍增長，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成倍增長又導(dǎo)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；反過來，它又促進了Internet業(yè)務(wù)的發(fā)展和用戶數(shù)的增長。
Internet已從單純的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進入包括聲音和圖像在內(nèi)的多媒體通信領(lǐng)域，傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)壁壘分明的界線已經(jīng)被打破。Internet進入電信服務(wù)的第一步，自然就是用戶面最為廣泛的基于IP的分組話音通信，即IP網(wǎng)絡(luò)電話。
IP網(wǎng)絡(luò)電話關(guān)鍵技術(shù)
IP網(wǎng)絡(luò)電話由于具有價格低廉、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(nèi)部網(wǎng)、有利于運營商開拓新的市場及有助于和新技術(shù)的融合等的應(yīng)用優(yōu)勢，使得IP網(wǎng)絡(luò)電話能夠贏得市場的青睞。其關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個方面，即話音處理技術(shù)、IP話音通信協(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)。
話音處理技術(shù)是IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)的重要組成部分，IP網(wǎng)絡(luò)電話中的話音處理主要解決兩個問題。一是在保證一定話音質(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質(zhì)量。前者主要是話音編碼技術(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)。在話音通信中，時延指標是主要的，時延過大會使聽話者有不連續(xù)的感覺，而時延抖動是次要的。另外，話音編碼算法需要考慮三個方面的問題：編碼比特率、話音質(zhì)量和算法復(fù)雜度。一般來說，這些指標是有矛盾的，比特率越低，線路的利用率越高，但話音質(zhì)量會受到影響；在同樣比特率情況下，算法設(shè)計越復(fù)雜，話音質(zhì)量就會有所提高，但處理時延將增加。目前在PSTN中廣泛應(yīng)用的是PCM話音編碼，其比特率為64Kbit/s，話音采樣率是8KHz。它屬于波形編碼類型。通常，這類編碼的最低比特率為32Kbit/s，即ADPCM。若要進一步降低其比特率，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(shù)編碼，又稱作聲碼器（Vocoder）技術(shù)。它是通過模擬人的發(fā)聲器官，提取模型參數(shù)來降低話音信息編碼率的。
目前，IP網(wǎng)絡(luò)電話最常用的是G.729和G.723話音編碼。G.729是8Kbit/s的LPAS聲碼器，線性預(yù)測采用前饋型前向自適應(yīng)技術(shù)，并使用預(yù)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，線性預(yù)測也采用前饋型前向自適應(yīng)，并使用預(yù)視。G.723主要應(yīng)用于低比特率可視電話。
靜音檢測又稱話音活動性檢測，它是一種靜音壓縮技術(shù)，實用的靜音壓縮技術(shù)由話音活動性檢測器和舒適噪聲生成器兩個部分組成。分組丟失補償主要以處理在傳輸過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路誤碼或者網(wǎng)絡(luò)路由器故障，更常見的原因則是傳輸時延過長或網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致分組被丟棄。
回波抵消主要針對通話回聲的抑制，對于純IP電話系統(tǒng)來說，由于話音信號的接收和發(fā)送經(jīng)由不同的物理線路，也就是所謂的四線制，因此不存在回音的問題。如果IP網(wǎng)和PSTN互連，通信雙方至少有一方是二線制電話，涉及有混合線圈的2/4線轉(zhuǎn)換電力，就會產(chǎn)生回音。（其原理如圖1所示）理論上說，混合線圈對端間的衰耗應(yīng)為無窮大，這樣IP電話發(fā)出的話音信號只能送到PSTN電話，不會串到對端�？墒�，實際上混合線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，如果傳輸時延較長，發(fā)話者就會感到明顯的回聲，嚴重干擾通話。
回波抵消就是通過自適應(yīng)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(fù)雜，但是已有專用芯片推出，因此得到廣泛的應(yīng)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話音通信協(xié)議包含有話音通信控制協(xié)議、話音信息傳送協(xié)議、會議電話控制協(xié)議及實時控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)管理和安全技術(shù)主要體現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)的安全性如鑒權(quán)、權(quán)限驗證、加密等和IP網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)必須具有的計費功能和運營商間互操作管理功能等方面。而終端技術(shù)則主要體現(xiàn)在基于以太網(wǎng)的專用IP電話機。此類話機具有許多PC機的特性，比如典型的如RJ-45接口、具有自己的IP地址、內(nèi)置多種話音壓縮編碼等等。
IP網(wǎng)絡(luò)可視電話的視頻編碼技術(shù)
IP網(wǎng)絡(luò)可視電話，即在IP網(wǎng)絡(luò)電話的基礎(chǔ)上增加了視頻傳輸功能。
在IP網(wǎng)絡(luò)可視電話中，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系列為例進行分析。
H.261是最早出現(xiàn)的視頻編碼建議，目的是規(guī)范ISDN網(wǎng)上的會議電視和可視電話應(yīng)用中的視頻編碼技術(shù)。它采用的算法結(jié)合了可減少時間冗余的幀間預(yù)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，只能傳清晰度不太高的圖像，適合于面對面的電視電話；p取值較大時（如
p＞6），可以傳輸清晰度較好的會議電視圖像。H.263建議的是低碼率圖像壓縮標準，在技術(shù)上是對H.261的改進和擴充，支持碼率小于64kbit/s的應(yīng)用。但實質(zhì)上，H.263以及后來的H.263+和H.263++已發(fā)展成支持全碼率應(yīng)用的建議，從它支持眾多的圖像格式這一點就可看出，如Sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF甚至16CIF等格式。
IP可視對講技術(shù)的特點及技術(shù)參數(shù)
IP可視對講又稱為全數(shù)字對講，它是在原有的總線式可視對講系統(tǒng)的基礎(chǔ)上演變過來的數(shù)字化產(chǎn)品。IP可視對講系統(tǒng)采用當前最新的數(shù)字音視頻壓縮、DSP、嵌入式及流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，結(jié)合家庭智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的特點，利用小區(qū)的以太網(wǎng)絡(luò)，進行音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò)流傳送，集成報警、門禁、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(tǒng)（包含戶內(nèi)機/門口機/圍墻機/管理機），提供核心控制與調(diào)度、音視頻處理與壓縮、網(wǎng)絡(luò)控制與傳輸、以及周邊設(shè)備（如RS232/RS485）控制等功能。
IP可視對講系統(tǒng)主要特點是門口主機、室內(nèi)分機、管理中心控制主機的音視頻信號均采用數(shù)字壓縮處理后再通過網(wǎng)絡(luò)傳送及接收，設(shè)備之間均采用網(wǎng)絡(luò)線連接方式，安裝及聯(lián)網(wǎng)方便快捷（可直接并入小區(qū)內(nèi)現(xiàn)成的到戶網(wǎng)絡(luò)，無須另行布線）。室內(nèi)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(shè)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、門磁等報警探測設(shè)備及警號、警燈等報警輸出控制設(shè)備；系統(tǒng)還支持互聯(lián)網(wǎng)接入功能，支持遠程異地聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控功能，直接通過IE方式即可進行圖像及聲音的瀏覽、報警的布撤防功能。
特點
- 視頻壓縮格式常采用M-JPEG、MPEG1/2、MPEG-4/H.264壓縮算法；
- 數(shù)字音視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸；
- 布線方便、簡捷；
- 支持聯(lián)動報警；
- 門口機呼叫住戶、管理中心；
- 采用密碼開門、RF卡開門及呼叫遙控開門；
- 住戶與住戶機、門口機、警衛(wèi)中心、管理中心均可實現(xiàn)可視對講；
- 住戶可擴展室內(nèi)分機；
- 室內(nèi)分機嵌裝液晶顯示屏；
- 室內(nèi)分機提供視頻信號輸入接口；
- 室內(nèi)分機預(yù)留家用電器控制接口；
- 離家模式、睡眠模式，可供選擇；
- 支持訪客記錄查詢功能，內(nèi)容包括時間及視頻抓拍等信息；
- 提供網(wǎng)絡(luò)化的語音、圖像傳輸，方便住戶遠程監(jiān)控；
- 管理中心可根據(jù)授權(quán)監(jiān)視錄像相應(yīng)視頻，授權(quán)回放。
技術(shù)參數(shù)
- 分辨率：480×234（VGA）；
- 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP、DHCP、PPPOE；
- 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：LAN 、VLAN等；
- 視頻壓縮：M-JPEG、MPEG1/2、MPEG-4/H.264；
- 音頻壓縮：PCM、ADPCM、G.723.1、G.726、G.729。
IP可視對講和IP網(wǎng)絡(luò)電話的比較
近幾年來，IP可視對講憑借其強大的優(yōu)勢在實際應(yīng)用中越來越得到普及，其市場份額也越來越大。因此越來越多的商家投入到IP可視對講產(chǎn)品的制造行列，有些商家為了節(jié)省龐大的研發(fā)費用干脆拿現(xiàn)成的IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(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)缺點呢？讓我們從以下幾個方面來進行比較。
1、從通訊模式來看，IP可視對講系統(tǒng)和IP網(wǎng)絡(luò)（可視）電話存在本質(zhì)上的區(qū)別。IP網(wǎng)絡(luò)電話主要存在PC-PC通信、電話—電話通信、PC—電話通信和IP用戶控制的電話—電話通信，IP可視對講主要存在大門口主機—室內(nèi)分機、門口主機—室內(nèi)分機、門口主機—管理中心機和室內(nèi)分機—室內(nèi)分機。例如：北京的用戶甲通過辦公室的電腦（IP語音終端）與廣州的用戶乙的辦公室電腦（IP語音終端）之間進行通話，當然也可以是視頻電話類的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這就是典型的PC-PC通信。在某個小區(qū)內(nèi)，訪客A通過裝于小區(qū)入口的大門口主機（IP大門口主機）與該小區(qū)內(nèi)某個單元某層某室住戶B的室內(nèi)可視分機（IP室內(nèi)數(shù)字終端）進行通話、對講，這就是典型的大門口主機-室內(nèi)分機之間通訊模式。
2、從信號傳輸?shù)穆窂絹砜�，IP網(wǎng)絡(luò)電話側(cè)重于因特網(wǎng)（Internet）之間的通信，如用戶甲和用戶乙之間是通過兩地之間的互聯(lián)網(wǎng)進行通訊；而IP可視對講側(cè)重于LAN(或VLAN)之間的通信，如訪客A和住戶B之間是通過小區(qū)內(nèi)的局域網(wǎng)來實現(xiàn)兩者之間的通訊。因特網(wǎng)（Internet）之間的通信只應(yīng)用在少數(shù)的遠程控制。如住戶B在辦公室的電腦上通過互聯(lián)網(wǎng)控制自己家中的室內(nèi)數(shù)字終端，完成防區(qū)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)的實際情況之間進行取舍和平衡，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導(dǎo)致圖像和聲音質(zhì)量的下降，加上編碼器產(chǎn)生的各種時延（算法時延、計算時延、復(fù)用時延和傳輸時延），必然會導(dǎo)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，聲音聽起來存在斷續(xù)現(xiàn)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)電話中使用的終端多為電話機及PC型的話音終端，話機產(chǎn)生的回聲可以通過回波消除的方法進行消除，而在IP可視對講系統(tǒng)中使用的終端多為單線制（聲音為一條線）的免提室內(nèi)分機和門口主機，這樣的主機和分機所產(chǎn)生的回音要比電話機大得多，此時的回聲不僅有電路造成的電回聲，同時還具有機器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的聲回聲。如何消除這類回聲，這可以說是世界性的難題。
4、從系統(tǒng)及用戶的使用要求來看，IP可視對講要比IP網(wǎng)絡(luò)（可視）電話要高得多。IP網(wǎng)絡(luò)（可視）電話要求能聽得到對方聲音（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)的情況來定了。這一點用戶心里也很清楚，為了省點錢差就差點啦，只要能說得過去就行了。要是無法接受的話還可以有很多的選擇余地，如用有線電話、小靈通、GSM移動電話等等。而IP可視對講主要針對小區(qū)的住戶，是房地產(chǎn)商提供給小區(qū)所有住戶使用的門禁可視對講系統(tǒng)。它的使用者是小區(qū)住戶，實際購買者也是下區(qū)住戶，它的質(zhì)量好壞、系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響小區(qū)住戶的自身安全及切身利益。類似QQ視頻聊天這樣的效果產(chǎn)品給住戶作為門禁可視對講產(chǎn)品，住戶肯定是接受不了的。另外作為IP可視對講系統(tǒng)的重要組成部分——IP室內(nèi)數(shù)字終端，它往往是集成多種功能于一體的，它既是門禁可視對講系統(tǒng)的室內(nèi)可視分機，同時又可以是家居安防系統(tǒng)的報警主機，同時又可以是智能家居系統(tǒng)的家電控制器，同時又是網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)等。這種情況下住戶對它的要求就更高了，因為它是跟住戶的安全是息息相關(guān)的。比如IP網(wǎng)絡(luò)電話的語音終端出問題，大不了就是通不了話而已，然而要是IP可視對講的室內(nèi)數(shù)字終端出故障就會導(dǎo)致用戶的生命財產(chǎn)安全。兩者的安全系數(shù)要求完全不是處于同一平臺的。
結(jié)論：IP可視對講≠IP網(wǎng)絡(luò)電話
通過以上分析，IP可視對講和IP網(wǎng)絡(luò)電話不論從通訊模式、信號傳輸?shù)耐緩�、音視頻編碼方式還是從系統(tǒng)及用戶的使用要求來看，兩者之間都存在本質(zhì)的不同。一味地將IP網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)原封不動地移植到IP可視對講中來，其結(jié)果可想而知。所幸的是，國內(nèi)一些廠家已經(jīng)認識到了其中厲害關(guān)系，紛紛投以巨資進行自主開發(fā)。針對IP可視對講有別于IP網(wǎng)絡(luò)電話的特點，創(chuàng)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)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?shù)膸拞栴}。相信隨著網(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(wěn)定可靠，更容易走進千家萬戶。
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