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VoIP挑戰語音品質極限
 

【作者: 懇懋科技】   2001年02月01日 星期四

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前言

儘管網路電話(VoIP)是一股無法抵擋的潮流,也是電信業者與ISP未來彼此較勁的戰場,但由於法令的限制,國內的VoIP市場動態仍是一副「猶抱琵琶半遮面」狀態,還停留在「只聞樓梯響」的階段,讓網路電話設備供應商一頭熱。然而可以預料的是,一旦限制解除(90年7月),必然為語音通訊掀起一場市場爭奪戰,因為若以頻寬(Bandwidth)做為業者營收的基礎,則以相同頻寬分別提供語音及數據業務時,從語音業務得到的營收將十倍於數據業務的營收;況且,以VoIP為基礎所創造出來的附加價值,更能吸引更多業者加入戰場。


VoIP將切入特定市場

對企業來說,有兩個重要因素吸引企業採用VoIP技術,將語音與數據整合於同一網路架構下(圖四)。首先,企業可節省大筆的長途及國際電話、傳真費用開銷;再者,企業可運用VoIP多樣化的整合功能,如Web Call Center、Unify Message等功能,結合多媒體應用,建構虛擬化辦公室環境,藉以提昇行政效能並降低成本。


《圖四  企業VoIP網路架構》
《圖四  企業VoIP網路架構》

既然VoIP的技術已逐漸成熟,且在應用上比傳統PSTN有過之而無不及,是不是因此便可全然取代傳統的語音技術?答案是否定的。根據預測,到西元2003年VoIP在國際語音話務的佔有率約20%,如(圖一)所示;對於長途及市話的P2P(Phone-to-Phone)市場而言,在電信業者逐步調降費率下,其獲利空間已無法吸引VoIP業者投入,且像110、119等特殊型態的電話,仍需倚賴PSTN的運作,所以對國內市場而言,仍是PSTN的天下,唯有PC2P(PC-to-Phone)市場,不得不透過IP網路,且其潛在市場之大,讓業者無不摩拳擦掌以待。


《圖一 全球國際電話市場預測》
《圖一 全球國際電話市場預測》

語音品質的影響關鍵

在企業導入VoIP的應用時,語音品質的好壞是最優先考慮的條件,然而所謂「語音品質」並非完全依賴VoIP的技術可以解決,而是決定於整體網路環境,其中更有無法排除的延遲(Delay) 因素,是影響語音品質最重要關鍵。造成延遲的原因很多,其中有些是無法消除的,如傳導延遲(Propagation delay)、序列化延遲(Serialization delay);有些可透過網路規劃將延遲降至最低,如處理延遲(Processing delay)、佇列延遲(Queuing delay)。而根據ITU針對語音延遲定義的指導方針,延遲時間在150ms以內,屬於語音品質佳;若延遲時間超過400ms,則是令人無法接受的語音品質,請參考(圖二)之比較表。


《圖二  延遲時間與語音壓縮對語音品質的影響》
《圖二  延遲時間與語音壓縮對語音品質的影響》

編碼 vs. 延遲處理

處理延遲主要來自於語音的編碼、壓縮及解壓縮。眾所皆知,VoIP運用多種不同的編碼技術將語音壓縮以節省頻寬,雖然語音壓縮的技術已相當成熟並提高了頻寬的使用效能,同時卻增加整體的延遲時間。在各種編碼標準中,以G.723.1及G.729最常被用在VoIP的環境中,其中G.723.1通常用於以PC進行通話的環境,其目的在於利用最少的頻寬需求進行通話;而G.729則為網路電話閘道器(VoIP Voice Gateway)所常用,兼顧頻寬效益與聲音品質。


以(圖三)的資料為例,使用G.723.1的編碼方式,可將64Kbps的語音資料壓縮成5.3/6.3Kbps後傳送,並產生37.5ms的延遲時間;若使用G.729則可將64Kbps的語音資料壓縮成8Kbps後傳送,延遲時間則為15ms,壓縮越厲害延遲也越久。


《圖三  各種語音編碼技術》
《圖三  各種語音編碼技術》

編碼 vs. 頻寬效益

再就頻寬的使用需求來考量,什麼樣的編碼與傳輸協定能產生較好的頻寬效益和效能?以下用二範例說明,如(表一)與(表二)。


《表一  64 Kbps語音編碼》
《表一  64 Kbps語音編碼》
《表二  8 Kbps語音編碼》
《表二  8 Kbps語音編碼》

範例一:64Kbps語音編碼

首先,以範例一來說,將64Kbps的語音編碼方式,透過IP over Ethernet(Option 1)、IP over ATM(Option 2)及完全透過ATM(Option 3)傳輸時,其整體效能分別為0.59、0.6及0.83,相對於頻寬方面的需求則分別為109kbps、106kbps及77kbps。在頻寬即成本的考量下,未經壓縮的編碼方式顯然不符經濟效益,而對利用撥接方式接取網際網路再使用網路電話者而言,則毫無QoS可言。


範例二:8 Kbps語音編碼

另就8 Kbps的語音編碼為例,在與範例一相同的傳輸模式下,對於頻寬方面的需求則分別為35.2kbps、38.8kbps及10.8kbps,而延遲時間則略為增加。值得注意的是在傳輸過程中每個封包所攜帶的資料長度不同,封包資料長度越少,封包傳送的次數便愈多,所產生的佇列(Queue)延遲時間自然越長。另外,有一部分的延遲時間來自於對Jitter buffer(抖動緩衝器)的控制結果,Jitter buffer被用來消除語音不連續現象,藉以使語音儘量地原音重現,此緩衝器若訂得太低,將導致封包溢流或封包遺失的現象發生,造成語音抖動的情況;Jitter buffer如果訂得太高,語音的延遲時間則越長。


整體而言,造成「延遲」的因素幾乎是環環相扣,當清楚地知道各種延遲因素,就可透過計算得知整個傳輸路徑可能的延遲時間,而業者必須透過網路規劃,將延遲時間控制在一定的範圍內,否則將失去整體的可靠性(Reliability)。對企業及使用者而言,所謂QoS不過是「說得明明白白」、「聽得清清楚楚」罷了。


期待品質更好一些

當企業計畫架構VoIP網路做為語音通訊的方式,除了選擇可靠性佳的VoIP服務供應商或自備網路電話閘道器與網路話機(IP phone)以外,IP PBX是另一項不錯的選擇,可以兼顧功能性及方便性,惟其價格常令買者卻步。而設備或服務供應商(Service provide)若想在語音品質上超越PSTN幾乎是一項不可能的任務,但這並不是企業及使用者最迫切需要的,如果設備或服務供應商能朝「品質更好一點」、「費用更低一點」、「功能更多一點」來努力,致力提昇使用的便利性與多樣性(包括不同網路間的互通性、有線與無線的普遍性、克服寬頻與窄頻的局限)並加強VoIP網路的社會安全性(加強防止透過網路電話進行犯罪),那麼VoIP的到來必可為網際網路及個人通信開啟亮麗的一片天。


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