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VoIP挑战语音品质极限
 

【作者: 懇懋科技】2001年02月01日 星期四

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前言

尽管网路电话(VoIP)是一股无法抵挡的潮流,也是电信业者与ISP未来彼此较劲的战场,但由于法令的限制,国内的VoIP市场动态仍是一副「犹抱琵琶半遮面」状态,还停留在「只闻楼梯响」的阶段,让网路电话设备供应商一头热。然而可以预料的是,一旦限制解除(90年7月),必然为语音通讯掀起一场市场争夺战,因为若以频宽(Bandwidth)做为业者营收的基础,则以相同频宽分别提供语音及数据业务时,从语音业务得到的营收将十倍于数据业务的营收;况且,以VoIP为基础所创造出来的附加价值,更能吸引更多业者加入战场。


VoIP将切入特定市场

对企业来说,有两个重要因素吸引企业采用VoIP技术,将语音与数据整合于同一网路架构下(图四)。首先,企业可节省大笔的长途及国际电话、传真费用开销;再者,企业可运用VoIP多样化的整合功能,如Web Call Center、Unify Message等功能,结合多媒体应用,建构虚拟化办公室环境,借以提升行政效能并降低成本。


《图四 企业VoIP网络架构》
《图四 企业VoIP网络架构》

既然VoIP的技术已逐渐成熟,且在应用上比传统PSTN有过之而无不及,是不是因此便可全然取代传统的语音技术?答案是否定的。根据预测,到西元2003年VoIP在国际语音话务的占有率约20%,如(图一)所示;对于长途及市话的P2P(Phone-to-Phone)市场而言,在电信业者逐步调降费率下,其获利空间已无法吸引VoIP业者投入,且像110、119等特殊型态的电话,仍需倚赖PSTN的运作,所以对国内市场而言,仍是PSTN的天下,唯有PC2P(PC-to-Phone)市场,不得不透过IP网路,且其潜在市场之大,让业者无不摩拳擦掌以待。


《图一 全球国际电话市场预测》
《图一 全球国际电话市场预测》

语音品质的影响关键

在企业导入VoIP的应用时,语音品质的好坏是最优先考虑的条件,然而所谓「语音品质」并非完全依赖VoIP的技术可以解决,而是决定于整体网路环境,其中更有无法排除的延迟(Delay) 因素,是影响语音品质最重要关键。造成延迟的原因很多,其中有些是无法消除的,如传导延迟(Propagation delay)、序列化延迟(Serialization delay);有些可透过网路规划将延迟降至最低,如处理延迟(Processing delay)、伫列延迟(Queuing delay)。而根据ITU针对语音延迟定义的指导方针,延迟时间在150ms以内,属于语音品质佳;若延迟时间超过400ms,则是令人无法接受的语音品质,请参考(图二)之比较表。


《图二 延迟时间与语音压缩对语音质量的影响》
《图二 延迟时间与语音压缩对语音质量的影响》

编码 vs. 延迟处理

处理延迟主要来自于语音的编码、压缩及解压缩。众所皆知,VoIP运用多种不同的编码技术将语音压缩以节省频宽,虽然语音压缩的技术已相当成熟并提高了频宽的使用效能,同时却增加整体的延迟时间。在各种编码标准中,以G.723.1及G.729最常被用在VoIP的环境中,其中G.723.1通常用于以PC进行通话的环境,其目的在于利用最少的频宽需求进行通话;而G.729则为网路电话闸道器(VoIP Voice Gateway)所常用,兼顾频宽效益与声音品质。


以(图三)的资料为例,使用G.723.1的编码方式,可将64Kbps的语音资料压缩成5.3/6.3Kbps后传送,并产生37.5ms的延迟时间;若使用G.729则可将64Kbps的语音资料压缩成8Kbps后传送,延迟时间则为15ms,压缩越厉害延迟也越久。


《图三 各种语音编码技术》
《图三 各种语音编码技术》

编码 vs. 频宽效益

再就频宽的使用需求来考量,什么样的编码与传输协定能产生较好的频宽效益和效能?以下用二范例说明,如(表一)与(表二)。


《表一 64 Kbps语音编码》
《表一 64 Kbps语音编码》
《表二 8 Kbps语音编码》
《表二 8 Kbps语音编码》

范例一:64Kbps语音编码

首先,以范例一来说,将64Kbps的语音编码方式,透过IP over Ethernet(Option 1)、IP over ATM(Option 2)及完全透过ATM(Option 3)传输时,其整体效能分别为0.59、0.6及0.83,相对于频宽方面的需求则分别为109kbps、106kbps及77kbps。在频宽即成本的考量下,未经压缩的编码方式显然不符经济效益,而对利用拨接方式接取网际网路再使用网路电话者而言,则毫无QoS可言。


范例二:8Kbps语音编码

另就8 Kbps的语音编码为例,在与范例一相同的传输模式下,对于频宽方面的需求则分别为35.2kbps、38.8kbps及10.8kbps,而延迟时间则略为增加。值得注意的是在传输过程中每个封包所携带的资料长度不同,封包资料长度越少,封包传送的次数便愈多,所产生的伫列(Queue)延迟时间自然越长。另外,有一部分的延迟时间来自于对Jitter buffer(抖动缓冲器)的控制结果,Jitter buffer被用来消除语音不连续现象,借以使语音尽量地原音重现,此缓冲器若订得太低,将导致封包溢流或封包遗失的现象发生,造成语音抖动的情况;Jitter buffer如果订得太高,语音的延迟时间则越长。


整体而言,造成「延迟」的因素几乎是环环相扣,当清楚地知道各种延迟因素,就可透过计算得知整个传输路径可能的延迟时间,而业者必须透过网路规划,将延迟时间控制在一定的范围内,否则将失去整体的可靠性(Reliability)。对企业及使用者而言,所谓QoS不过是「说得明明白白」、「听得清清楚楚」罢了。


期待品质更好一些

当企业计画架构VoIP网路做为语音通讯的方式,除了选择可靠性佳的VoIP服务供应商或自备网路电话闸道器与网路话机(IP phone)以外,IP PBX是另一项不错的选择,可以兼顾功能性及方便性,惟其价格常令买者却步。而设备或服务供应商(Service provide)若想在语音品质上超越PSTN几乎是一项不可能的任务,但这并不是企业及使用者最迫切需要的,如果设备或服务供应商能朝「品质更好一点」、「费用更低一点」、「功能更多一点」来努力,致力提升使用的便利性与多样性(包括不同网路间的互通性、有线与无线的普遍性、克服宽频与窄频的局限)并加强VoIP网路的社会安全性(加强防止透过网路电话进行犯罪),那么VoIP的到来必可为网际网路及个人通信开启亮丽的一片天。


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