目前,三种VoIP平台都已经出现潜在的应用。第一种是将VoIP功能增加到路由器或DSL/ 线缆调制解调器中,因此可称为ATA、客户端设备(CPE)或集成接入设备(IAD)。ATA平台是其中最基本的一种,它能在一边提供宽带或以太网连接,而在另一边则提供RJ11连接(亦称为外部交换业务或FXS),从而使得任何常规电话都能充当IP电话使用。尽管这是一种最简单的配置,但目前业界开始转向更高集成方案,譬如将VoIP功能与多端口有线或无线路由器整合的VoIP路由器等。更高集成度的解决方案甚至还包含VoIP ADSL路由器,它将所有三种功能都整合到一个可提供宽带接入、LAN连接、电话适配器甚至拨号连接的设备盒中。未来这种设备盒还将增加视频、存储及其它外围电路。
由于部署及协调所有业务将面临很多挑战,在很多情况下将涉及到多种业务及内容提供商,因此这种平台的最终面市还须待时日。尽管ATA盒是目前普通消费者选用的设备,但它们很可能最终将转变为IP电话及WiFi手机,以实现高级IP业务并取代无绳电话。
第二种VoIP平台是当前主要用于中小型企业的IP电话/ 网络接入设备。IP电话外观及使用的体验类似常规电话,唯一的区别是它们与LAN连接而不是与PSTN线连接。通过IP电话/ 网络接口,人们即可用同样的终端来访问数据业务、即时消息甚至网络浏览器。几乎以同样的方式,随着服务提供商开始在其无线语音网络上增加数据业务,蜂窝电话已经发展成为一种多功能通信平台。
第三种VoIP平台是无线局域网(WLAN),亦称为WiFi手机,它将移动性及可能的漫游功能与统一的消息传送功能相结合。当越来越多的宽带接入家庭采用无线接入点时,就可用来实现这种无线手机业务。所有可用数据业务都能被无线手机访问,从而使其实现地址簿、电子日历、浏览器等多功能集成。WLAN手机具有可移动、易配置及部署成本相对较低的特点。今天,WLAN手机主要部署在一些垂直细分市场,如医院、大型商店及校园等。
最新的一种平台可能是同时具有蜂窝及WLAN功能的双模式手机。蜂窝网络运营商可能将WLAN嵌入到手机中,使其既能作为采用WLAN的VoIP手机,又能作为常规手机使用。这样运营商将获得更多利益,因为这样一来,在用户密集地区只需增加网络带宽而无需扩大整个蜂窝基础设施,降低了通信实现成本。这种电话具有充分的智能,如果有可用的接入点,它即会将IP通话通过成本较低的WLAN,否则通过蜂窝网络来传输语音通信。这种平台的主要设计挑战是:两种模式共处而不互相干扰;可无缝地从一种模式切换到另一种模式;基于WLAN的VoIP通话能满足QoS要求。
据In-Stat资料,这些平台的市场预计将从去年的1100万端口迅速增长至2007年的3600万端口,将为技术提供商及ODM提供广阔的市场机会。与IP电话相比,适配器盒将继续拥有更大的出货量,因为它们是一种能扩展路由器功能及采用传统电话的更为直接的VoIP实现途径。但这些数字却没有考虑集成WLAN/蜂窝手机所具有的巨大增长潜力,预计到2007及2008年手机市场规模将达到6亿部,以如此巨大的市场基数,即使仅10(至20(的手机集成了WLAN,其市场潜力也十分巨大。
半导体及软件发展路线图
尽管当前已有好几种集成半导体解决方案,但它们主要适合于企业IP电话市场。而在VoIP迄今仍主要作为DSL、线缆调制解调器或路由器附加功能的消费市场,大多数半导体厂商一直在等待设备特性要求能早点固定,以便提供相关的SoC解决方案。对于大众消费市场而言,在很大程度上模块化比集成更为重要,因为其目标是以几种选项来在单个设计中实现带或不带语音的多个不同类产品,同时等待特性要求固定以及VoIP成为主流。
VoIP实现的语音处理基本上可以下列三种方式来实现:采用DSP语音处理器;采用集成了主处理器与DSP内核的集成度更高的器件;采用运行语音处理软件的功能更强大的主处理器。随着嵌入式主处理器的功能更加强大,它们能实现更多的语音处理功能,从而可以不需要专用DSP内核,有助于减少产品尺寸和更好的功耗管理。
迄今为止,采用语音协处理器对于那些VoIP作为附加功能的应用来说不失为一种最佳策略,而IP电话及WiFi手机则可利用集成SoC解决方案或软件来实现。同时拥有DSP内核及软VoIP能力的半导体厂商,将能更好地定位以满足迅速发展的需求,并能为每种应用在基于主机、基于嵌入式DSP或基于语音协处理器的实现之间进行最佳折衷选择。
VoIP设备中集成越来越多特性和语音处理功能,这些通常可以分成三类,即语音处理、呼叫控制及应用。
语音处理主要任务包括各种语音编码器、回音消除器以及音调检波器与发生器。语音编码器包括:G.729,它能以市话(或长途电话)质量在低于8 kbps的速率上编码语音信号;G.722,它能以自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)方案来在48kbps、56kbps及64kbps速率上对7kHz带宽的语音信号进行编码。此外,还有其它很多种语音增强功能,像舒适噪声发生(CNG)及语音信号检测(VAD)和帧丢失隐藏等,VAD通过只传输人耳能听到的声音来提高带宽利用率,帧丢失隐藏可补偿分组网络中丢失数据帧,以及可吸收分组网络中延时变化的“动态抖动补偿”等功能。值得注意的是,这些增强功能对所感觉的语音质量具有很大影响,同时也是区分各种解决方案优劣的关键。
其它必须考虑的功能包括传真、调制解调器直通、IP传真(T.38)、IP Modem(V.150)以及IP文本(V.151)等功能。有许多专利权问题与各种IP编码器有关,这可能会直接或间接地增加产品成本。在定义产品特性集以及选择技术提供商时,开发商必须清楚这些问题。
通话控制功能是一组协议,它能利用各种网络元素(如各种类型的网关)来实现并超越一般的PSTN电话特性。此外,它还能提供用于建立并端接通话(或多媒体对话)以及桥接PSTN与分组交换网络的手段。目前已经开发了几种协议,包括H.323、媒体网关控制协议(MGCP)以及SIP等,早期采用H.323及SIP由于其相对简单、可扩展及特性丰富而获得了最多支持。应用软件将最终决定设备的功能,无论是IP电话、ATA还是任何其它类似设备。同时,软件还决定用户界面、设备配置与管理,以及整体功能和可用模式。
由于上述三种主要设备的发展有些互相独立且经常改变,因此采用分层软件架构很重要。这种分层架构还必须足够模块化,以便于集成、定制,以及便于由芯片提供商或系统集成商(或任何其它IP供应商)所设计的组件的发展。图2给出了这种架构示意图。
外部交换局(FXO)是VoIP设备需支持的新功能之一,它实际上是与PSTN线的接口。FXO不仅能在IP网络掉线时使通话方可以使用PSTN,而且还能在同一设备中实现在PSTN与VoIP之间切换,还能使ATA盒接受远程拨号,并根据所拨号码或其它参数来将长途及国际呼叫接到更便宜的IP网络上。最便宜的通话、远程终端呼叫以及呼叫转移等功能结合,充分利用了早期采用相同电话接口的模拟调制解调器技术经验。