基於乙太網進行實時語音傳輸的方法及系統的製作方法
2023-06-10 20:06:46 1
專利名稱：基於乙太網進行實時語音傳輸的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直接利用乙太網(Ethernet)鏈路層進行實時語音傳輸的系統和方法。
背景技術：
正如專利號為ZL 02137269.1專利所公開的，目前，傳統的語音傳輸方法是在網絡層之上利用H323協議進行語音傳輸的(如圖1所示)。為了實現在網絡層之上利用H323協議進行語音傳輸的目的需要搭建如圖2所示的語音傳輸系統。該語音傳輸系統由若干個主叫方A和被叫方B構成，每一個主叫方A/或被叫方B又都是由傳統的語音設備如PBX機、語音處理單元和網關構成。主叫方A的語音處理單元A負責將語音設備A如PBX機提供的數字語音數據流壓縮成語音數據包，然後，通過主叫方A的網關A、網際網路(TCP/IP網絡)、被叫方B的網關B傳輸給被叫方B的語音處理單元B，由被叫方B的語音處理單元B負責將接收到的語音數據包解壓縮成數字語音數據流，再通過被叫方B的語音設備B如PBX機，傳遞給被叫方B；同時，被叫方B的語音處理單元B將語音設備B提供的語音數據流也壓縮成語音數據包，通過網關B、網際網路(TCP/IP網絡)、主叫方A的網關A傳輸給主叫方A的語音處理單元A，由主叫方A的語音處理單元A將接收到的語音數據包解壓縮成語音數據流，傳輸給主叫方語音設備A如PBX機，再傳遞給主叫方A，從而，完成語音的傳輸。
通過對傳統的語音傳輸方法和系統的分析可知，由於傳統的語音傳輸是通過建立在TCP/IP協議基礎上的H323協議完成的，所以，這種語音傳輸方法可以適用於廣域網、區域網和只要IP能夠涉足的地方。但是，正是由於這種語音傳輸方法適用的廣泛性強，又導致H323協議不得不考慮更多情況的發生，處理更複雜的問題，使得H323協議越發複雜。
特別是，當將上述傳統的語音傳輸方法應用於區域網中時，我們發現由於H323協議的複雜性，在使用H323協議完成語音數據包的交換、實現語音傳輸的過程中，必須為每一個主叫方和被叫方配置單獨的語音處理單元和網關，並進行複雜的回波抵消處理，使得整個語音傳輸系統出現以下弊端1、整個語音傳輸系統成本高。
由於H323協議不能保證鏈路的傳輸能力，只能嘗試去適應鏈路的傳輸能力，所以考慮到低帶寬的傳輸需要，系統為每一個主叫方和被叫方配置了單獨的語音處理單元。由語音處理單元完成語音數據流的壓縮和解壓縮，以進行網絡傳輸，降低網絡的負載。
又由於H323協議非常複雜，為了有效地完成呼叫控制和語音包傳輸，系統為每一個主叫方和被叫方配置了單獨的計算單元----網關，由網關來完成語音包交換的呼叫控制過程和電路交換的呼叫控制過程的轉換。
因為要為每一個主叫方和被叫方配置單獨的語音處理單元和網關，所以系統成本高。
2、傳輸鏈路狀態不可控。
由於傳統的語音數據包交換技術(H323協議)是為了適用於所有能夠承載IP的網絡傳輸設備，所以，H323協議不對傳輸鏈路進行控制，而是靠增加傳輸協議的複雜性來適應鏈路變化，對於H323協議而言傳輸鏈路處於失控狀態。
3、需要複雜的回波抵消處理。
由於語音需要實時、連續傳播，這樣才能符合人聽覺的自然習慣，H323協議採用RTP進行語音傳輸，RTP是基於UDP的一個高效傳輸協議，能夠支持各種語音壓縮的編碼傳輸，RTP以儘量小的額外負載來傳輸語音，但是由於在IP之上，IP是個盡力送達的協議，所以實際上語音在鏈路上的傳播質量還是不受控的，所以在RTP中有諸如時間戳，和同步標識等頭部數據，這樣語音數據包需要在網關端進行處理，將合理的網絡語音數據包順序化，再交給語音處理單元進行解壓縮，由於計算的參與和語音包順序的不保證，語音的延遲和丟包將是必然的現象。並且隨著IP選路，以及同時在IP網絡上進行的必要的協議如ARP、ICMP的數據對傳輸鏈路突發性的影響，導致語音延遲和丟包的規律非線性變化，不穩定回波將影響實時語音質量，需要增加具有自適應回波抵消算法處理單元才可以讓人耳接受。
由於IP協議及基於IP協議構造的更高層協議導致的乙太網(Ethernet)絡鏈路狀態的不可控性，使實時語音傳輸延遲是個複雜的非線性變化的函數，處理回波無疑需要複雜設計和很多額外的計算。
4、語音延遲無法避免。
在傳統的語音包交換傳輸的方式中，雖然可以通過協議設計和增加處理單元使語音儘可能連續互通、減少延遲，但是顯然需要大計算量的參與，任何處理單元的速度都是有其固有的極限的，計算量越大，延遲時間越長，所以，使用傳統的語音傳輸方法在包交換網絡中傳輸實時語音，其語音延遲將是無法避免的。
5、H323協議的複雜性帶來的系統不穩定性。
傳統的語音數據包交換傳輸實時語音的方法為了適應各種鏈路情況的發生設計的十分複雜，並且整個協議棧的很多部分的標準化進程依然在進行中。，這同樣是選擇傳統的語音數據包交換傳輸實時語音不得不考慮的問題。
綜上所述，在區域網內傳統的語音傳輸方法存在很多弊端。
發明內容
為了解決在區域網內傳統的語音傳輸方法存在的弊端，本發明的目的是提供一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的方法。該方法可以實現語音的實時傳輸，極小且穩定可控的語音延遲，不需要額外的回波抵消處理。
本發明的另一目的是提供一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的系統，該系統不需要為每一個主叫方/或被叫方配置額外的語音壓縮和解壓縮處理單元和網關設備，即可以實現基於乙太網(Ethernet)的實時語音傳輸。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的系統，它由若干個網絡語音設備構成，其特徵在於每個網絡語音設備之間通過乙太網(Ethernet)和TCP/IP網連接而成；乙太網(Ethernet)只用於傳輸實時語音數據包，它不承載任何網絡協議；TCP/IP網用於傳輸設備間的請求控制信息。
每個網絡語音設備是由語音模塊、乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、TCP/IP網網絡接口模塊和主控單元組成；主控單元與語音模塊、兩塊網絡接口模塊之間通過數據總線相連，傳輸語音數據；網絡語音設備通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊與乙太網(Ethernet)相連，傳輸實時語音數據包；網絡語音設備還通過TCP/IP網網絡接口模塊與TCP/IP網相連，用來和其他網絡語音設備和其他網絡系統互聯，傳輸設備間的傳輸請求控制信息；其中，語音模塊主要負責採集/播放語音數據流；主控單元主要負責將語音模塊採集的語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、乙太網(Ethernet)傳輸給被叫網絡語音設備，同時，主控單元還負責將被叫網絡語音設備傳輸回來的打成乙太網(Ethernet)數據包形式的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，並通過語音模塊播放出來。
本發明提供的一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的方法，它包括以下步驟A、將語音傳輸系統內的每個網絡語音設備通過乙太網(Ethernet)和TCP/IP網連接起來；B、將每個網絡語音設備內的語音模塊、主控單元和乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、TCP/IP網絡接口模塊通過內部數據總線連接起來；C、每個網絡語音設備內的主控單元將語音模塊採集的語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包，經乙太網(Ethernet)網絡接口模塊，直接通過乙太網(Ethernet)傳輸給被叫網絡語音設備；D、被叫網絡語音設備內的主控單元將通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊接收到的打成乙太網(Ethernet)數據包形式的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，通過數據總線傳輸給與其相連的語音模塊，通過語音模塊播放出來。
由上可知，本發明是直接通過乙太網(Ethernet)絡鏈路層進行實時語音傳輸的，在該層不承載任何網絡協議，只有本身的鏈路協議，只負責語音數據包的實時傳輸，所以，本發明不需要複雜的語音傳輸協議就可以實現語音數據的實時傳輸，作到極小且穩定可控的語音延遲，而且，不需要額外的回波抵消處理。
又由於本發明提供的實現語音數據實時傳輸的系統採用單獨組網的設計方式，即乙太網(Ethernet)專門用於實時語音數據的傳輸和交換，TCP/IP網專門用於傳輸各個網絡語音設備間的請求和控制信息，所以，本發明降低了語音數據包交換呼叫控制協議的複雜性，不需要為每個網絡語音設備配置額外的網關設備和語音壓縮/解壓縮處理單元，大大降低了系統成本。
圖1為傳統的語音數據包交換協議(H323協議)網絡模型圖2為傳統的語音傳輸系統系統結構示意3為本發明基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸系統的系統結構示意4為本發明每個網絡語音設備組成結構示意5為本發明基於鏈路層實現實時語音數據包交換的網絡層次模型具體實施方式
如圖3所示，本發明提供的基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的系統由若干個網絡語音設備A、B、C……構成，每個網絡語音設備之間通過乙太網(Ethernet)和TCP/IP網(網際網路)連接而成。其中，乙太網(Ethernet)不承載任何網絡協議，只用於傳輸實時語音數據包；TCP/IP網用於傳輸設備間的請求控制信息。
如圖4所示，每個網絡語音設備又是由語音模塊、乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、TCP/IP網網絡接口模塊和主控單元組成；主控單元與語音模塊、兩塊網絡接口模塊之間通過數據總線相連；網絡語音設備通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊與乙太網(Ethernet)相連，傳輸實時語音數據包，同時，網絡語音設備還通過TCP/IP網網絡接口模塊與TCP/IP網相連，用來和其他網絡語音設備和其他網絡系統互聯，傳輸設備間的傳輸請求控制信息。其中，語音模塊主要負責採集/播放語音數據；主控單元主要負責將語音模塊採集的語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、乙太網(Ethernet)傳輸給被叫網絡語音設備，同時，主控單元還負責將被叫網絡語音設備傳輸回來的打成乙太網(Ethernet)數據包形式的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，再通過語音模塊播放出來；在主控單元將語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包以及解包過程中，主控單元通過TCP/IP網絡接口模塊、TCP/IP網絡查找被叫網絡設備的目標乙太網鏈路層地址以及詢問被叫網絡設備是否空閒。
利用上述語音傳輸系統，本發明提供了一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的方法，該方法包括以下步驟A、將語音傳輸系統內的每個網絡語音設備通過乙太網(Ethernet)和TCP/IP網連接起來；B、將每個網絡語音設備內的語音模塊、主控單元和乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、TCP/IP網絡接口模塊通過內部數據總線連接起來；C、每個網絡語音設備內的主控單元將語音模塊採集的語音數據流打成乙太網(Ethernet)數據包，經乙太網(Ethernet)網絡接口模塊，直接通過乙太網(Ethernet)傳輸給被叫網絡語音設備；D、被叫網絡語音設備內的主控單元將通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊接收到的打成乙太網(Ethernet)數據包形式的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，通過數據總線傳輸給與其相連的語音模塊，通過語音模塊播放出來。
具體實現方法是1、主叫網絡語音設備內的語音模塊採集主叫方語音數據，將其轉換成數字語音數據流通過數據總線傳遞給與其相連的主控單元；2、主控單元根據接收到的語音數據流內的被叫方號碼，通過TCP/IP網絡接口模塊利用TCP/IP網絡尋找被叫網絡設備的目標乙太網鏈路層地址，將接收到的數字語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包；3、主控單元通過TCP/IP網絡接口模塊、TCP/IP網絡查詢被叫方網絡設備是否空閒；如果空閒，執行步驟4，否則，等待，直到其空閒為止；4、主控單元將已打好的乙太網(Ethernet)語音數據包通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊，直接通過乙太網(Ethernet)傳輸給被叫方網絡設備；5、被叫方網絡設備內的主控單元將通過被叫方乙太網(Ethernet)網絡接口模塊接收到主叫方傳輸過來的語音數據包後，解包，提取其中的語音數據流，將其傳輸給被叫方網絡設備內的語音模塊，通過其轉換成語音信號播放出來；
6、同時，被叫方語音模塊又採集被叫方語音數據，將其轉換成數字語音數據流信號通過數據總線傳遞給與之相連的主控單元；7、主控單元將接收到的語音數字流打成乙太網(Ethernet)語音數據包；8、主控單元將已打好的乙太網(Ethernet)語音數據包經乙太網(Ethernet)網絡接口模塊，直接通過乙太網(Ethernet)傳輸給主叫方網絡設備；9、主叫方網絡設備內的主控單元將接收到的打成乙太網(Ethernet)數據包形成的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，將其傳輸給與其相連的語音模塊，通過其轉換成語音信號播放出來；10、不斷重複上述過程，直至一次通過完成。
如圖5所示，本發明提供的基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的方法是直接通過乙太網(Ethernet)絡鏈路層進行實時語音傳輸的，在該層不承載任何網絡協議，只有本身的鏈路協議，只負責語音數據包的實時傳輸，所以，本發明不需要複雜的語音傳輸協議就可以實現語音數據的實時傳輸，作到極小且穩定可控的語音延遲，而且，不需要額外的回波抵消處理。
如圖3所示，由於本發明提供的實現語音數據實時傳輸的系統採用單獨組網的設計方式，即將實時語音交換網絡和傳輸請求控制信息的網絡單獨組網，乙太網(Ethernet)專門用於實時語音數據包的傳輸和交換，TCP/IP網專門用於傳輸各個網絡語音設備間的請求和控制信息，所以，本發明降低了語音數據包交換呼叫控制協議的複雜性，不需要為每個網絡語音設備配置額外的網關設備和語音壓縮/解壓縮處理單元，大大降低了系統成本。
另外，本發明還可以通過選用不同規格的乙太網(Ethernet)交換設備(如10M或100M或1000M乙太網交換機)和若干個網絡語音設備以及配選相應的網絡接口模塊構建不同規模的、擴展性強、靈活、大容量、廉價的實時語音交換系統；並且，通過將10M或100M或1000M乙太網(Ethernet)分割成若干個邏輯通道的方式，充分利用其數據帶寬來傳輸實時語音。
權利要求
1.一種基於乙太網進行實時語音傳輸的系統，它由若干個網絡語音設備構成，其特徵在於每個網絡語音設備之間通過乙太網(Ethernet)和TCP/IP網連接而成；乙太網(Ethernet)只用於傳輸實時語音數據包，它不承載任何網絡協議；TCP/IP網用於傳輸設備間的請求控制信息。
2.根據權利要求1所述的一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的系統，其特徵在於每個網絡語音設備是由語音模塊、乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、TCP/IP網網絡接口模塊和主控單元組成；主控單元與語音模塊、兩塊網絡接口模塊之間通過數據總線相連，傳輸語音數據；網絡語音設備通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊與乙太網(Ethernet)相連，傳輸實時語音數據包；網絡語音設備還通過TCP/IP網網絡接口模塊與TCP/IP網相連，用來和其他網絡語音設備和其他網絡系統互聯，傳輸設備間的傳輸請求控制信息；其中，語音模塊主要負責採集/播放語音數據流；主控單元主要負責將語音模塊採集的語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、乙太網(Ethernet)傳輸給被叫網絡語音設備，同時，主控單元還負責將被叫網絡語音設備傳輸回來的打成乙太網(Ethernet)數據包形式的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，並通過語音模塊播放出來。
3.一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的方法，它包括以下步驟A、將語音傳輸系統內的每個網絡語音設備通過乙太網(Ethernet)和TCP/IP網連接起來；B、將每個網絡語音設備內的語音模塊、主控單元和乙太網(Ethernet)網絡接口模塊、TCP/IP網絡接口模塊通過內部數據總線連接起來；C、每個網絡語音設備內的主控單元將語音模塊採集的語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包，經乙太網(Ethernet)網絡接口模塊，直接通過乙太網(Ethernet)傳輸給被叫網絡語音設備；D、被叫網絡語音設備內的主控單元將通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊接收到的打成乙太網(Ethernet)數據包形式的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，通過數據總線傳輸給與其相連的語音模塊，通過語音模塊播放出來。
4.根據權利要求3所述的一種基於乙太網(Ethernet)進行實時語音傳輸的方法，其特徵在於所述步驟C和步驟D進一步細化為以下步驟(1)、主叫網絡語音設備內的語音模塊採集主叫方語音數據，將其轉換成數字語音數據流通過數據總線傳遞給與其相連的主控單元；(2)、主控單元根據接收到的語音數據流內的被叫方號碼，通過TCP/IP網絡接口模塊利用TCP/IP網絡尋找被叫網絡設備的目標乙太網鏈路層地址，將接收到的數字語音數據流打成乙太網(Ethernet)語音數據包；(3)、主控單元通過TCP/IP網絡接口模塊、TCP/IP網絡查詢被叫方網絡設備是否空閒；如果空閒，執行步驟4，否則，等待，直到其空閒為止；(4)、主控單元將已打好的乙太網(Ethernet)語音數據包通過乙太網(Ethernet)網絡接口模塊，直接通過乙太網(Ethernet)傳輸給被叫方網絡設備；(5)、被叫方網絡設備內的主控單元將通過被叫方乙太網(Ethernet)網絡接口模塊接收到主叫方傳輸過來的語音數據包後，解包，提取其中的語音數據流，將其傳輸給被叫方網絡設備內的語音模塊，通過其轉換成語音信號播放出來；(6)、同時，被叫方語音模塊又採集被叫方語音數據，將其轉換成數字語音數據流信號通過數據總線傳遞給與之相連的主控單元；(7)、主控單元將接收到的語音數字流打成乙太網(Ethernet)語音數據包；(8)、主控單元將已打好的乙太網(Ethernet)語音數據包經乙太網(Ethernet)網絡接口模塊，直接通過乙太網(Ethernet)傳輸給主叫方網絡設備；(9)、主叫方網絡設備內的主控單元將接收到的打成乙太網(Ethernet)數據包形成的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，將其傳輸給與其相連的語音模塊，通過其轉換成語音信號播放出來；(10)、不斷重複上述過程，直至一次通過完成。
全文摘要
本發明公開了一種基於乙太網進行實時語音傳輸的系統，它由若干個網絡語音設備構成，每個網絡語音設備之間通過乙太網和TCP/IP網連接而成；其中，乙太網只用於傳輸實時語音數據包，TCP/IP網用於傳輸設備間的請求控制信息。本發明還公開了一種基於乙太網進行實時語音傳輸的方法，即通過網絡語音設備內的主控單元，將語音模塊採集的語音數據流打成乙太網數據包，直接通過乙太網傳輸給被叫網絡語音設備；被叫網絡語音設備內的主控單元將接收到的打成乙太網數據包形式的語音數據包解包，提取其中的語音數據流，通過數據總線傳輸給與其相連的語音模塊，由語音模塊播放出來。本發明不需要複雜的語音傳輸協議就可以實現語音數據的實時傳輸，且語音延遲極小。
文檔編號H04L12/66GK1845536SQ200510063358
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者邴煒, 丁貴金, 李寧, 郭進 申請人:北京英立訊科技有限公司