Xin chào ! Nếu đây là lần đầu tiên bạn đến với diễn đàn, xin vui lòng danh ra một phút bấm vào đây để đăng kí và tham gia thảo luận cùng VnPro.

Announcement

Collapse
No announcement yet.

Tổng quan về voip

Collapse
X
 
  • Filter
  • Time
  • Show
Clear All
new posts

  • Tổng quan về voip

    1. TỔNG QUAN VỀ VOIP



    Hình 1: Các thiết bị sử dụng trong mạng VoIP

    Công nghệ thoại qua nền Internet, cũng được biết như thoại qua giao thức IP (Voice Over IP - VoIP), là một công nghệ mà cho phép tạo cuộc gọi dùng kết nối băng thông rộng thay vì dùng đường dây điện thoại sử dụng tín hiệu tương tự (analog). Nhiều dịch vụ dùng Voice over IP có thể chỉ cho phép bạn gọi người khác dùng cùng loại dịch vụ, tuy nhiên cũng có những dịch vụ cho phép gọi những người khác dùng số điện thoại như số nội bộ, đường dài, di động, quốc tế. Trong khi cũng có những dịch vụ chỉ làm việc qua máy tính, hay loại điện thoại qua công nghệ IP (IP phone) chuyên dụng, cũng có vài dịch vụ cho phép dùng điện thoại truyền thông qua một bộ điều hợp (adaptor).

    VoIP cho phép thực hiện cuộc đàm thoại dùng máy tính qua mạng dữ liệu như Internet. VoIP chuyển đổi tín hiệu thoại từ tín hiệu tương tự (analog) sang tín hiệu số (digital) trước khi truyền qua Internet, sau đó chuyển đổi ngược lại ở đầu nhận. Khi tạo một cuộc gọi VoIP dùng điện thoại công nghệ tương tự thông thường với một bộ điều hợp, chúng ta sẽ nghe âm mời gọi, quay số sẽ xảy ra sau tiến trình này. VoIP có thể cũng sẽ cho phép tạo một cuộc gọi trực tiếp từ máy tính dùng loại điện thoại tương ứng hay dùng microphone.

    VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP có sẵn thay vì phải được truyền qua mạng PSTN (Public Switched Telephone Network). Ngày nay nhiều công ty đã thực hiện giải pháp VoIP của họ để giảm chi phí cho những cuộc gọi đường dài giữa nhiều chi nhánh xa nhau.

    Trước đây, khi dựa vào giao tiếp thoại trên mạng PSTN, trong suốt cuộc gọi giữa hai địa điểm, có đường kết nối được thiết lập dành riêng cho các bên tham gia thực hiện cuộc gọi. Không có thông tin khác có thế truyền qua đường truyền này, cho dù vẫn còn thừa lượng băng thông sẵn dùng.
    Sau đó với sự xuất hiện của mạng giao tiếp dữ liệu, nhiều công ty đã đầu tư cho mạng giao tiếp dữ liệu để chia sẻ thông tin với nhau, trong khi đó thoại và fax vẫn tiếp tục sử dụng mạng PSTN.
    Nhưng ngày nay điều này không còn là vấn đề nữa, với sự phát triển nhanh chóng và được sử dụng rộng rãi của công nghệ nền IP, khả năng giảm chi phí trong việc hỗ trợ truyền thoại và dữ liệu là rất đáng ghi nhận. Giải pháp tích hợp thoại vào mạng dữ liệu và cùng hoạt động bên cạnh với hệ thống PBX hiện tại hay những thiết bị điện thoại khác, để đơn giản cho việc mở rộng khả năng thoại cho những vị trí ở xa. Lưu lượng dữ liệu thoại thực chất sẽ được truyền tải tự do qua mạng dữ liệu thông qua cơ sở hạ tầng và thiết bị phấn cứng có sẵn.
    Mặc dù những khái niệm vể VoIP là đơn giản, tuy nhiên để thực hiện và ứng dụng VoIP là phức tạp. Để gửi dữ liệu thoại, thông tin thoại phải được tách biệt thành những gói tin (packet) giống như dữ liệu thông thường. Mỗi gói chứa một phần thông tin thoại, thông tin này thông thường có kích cỡ rất nhỏ nhằm thuận tiện cho việc gửi gói, các kỹ thuật nén gói cũng có thể được sử dụng để tiết kiệm băng thông, thông qua những tiến trình xử lý mã hóa thông tin thoại (codec) như nén và giải nén (compressor/de-compressor).

    Có rất nhiều loại giao thức được sử dụng trong công nghệ VoIP, những giao thức báo hiệu (signaling) VoIP phổ biến là SIP và H323. Cả SIP và H323 đều cho phép người dùng thực hiện cùng công việc: nhằm thiết lập giao tiếp cho những ứng dụng đa phương tiện (multimedia) như audio, video và những giao tiếp dữ liệu khác. Nhưng H323 chủ yếu được thiết kế cho những dịch vụ đa phương tiện, trong khi SIP thì phù hợp cho những dịch vụ VoIP.
    RTP (Real-time Transport Protocol – giao thức truyền tải thông tin thời gian thực) định nghĩa định dạng chuẩn của gói tin cho việc phân phối audio và video qua Internet.

    2. CÁCH LÀM VIỆC CỦA VOIP:

    Khi nói vào ống nghe hay microphone, giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đó là những tín hiệu tương tự (analog). Tín hiệu tương tự được chuyển sang tín hiệu số dùng thuật toán đặc biệt để chuyển đổi. Những thiết bị khác nhau có cách chuyển đổi khác nhau như điện thoại hỗ trợ VoIP hay các điện thoại ứng dụng cài trên các máy trạm (softphone), nếu dùng điện thoại analog thông thường thì cần một bộ điều hợp chuyển đổi (Telephony Adapter (TA)). Sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng vào gói tin và gửi trên mạng IP.
    Trong suốt tiến trình một giao thức như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển (control) cuộc gọi như là thiết lập, quay số, ngắt kết nối… và RTP thì được dùng cho tính năng đảm bảo độ tin cậy và duy trì chất lượng dịch vụ trong quá trình truyền.

    Số hóa tín hiệu Analog

    Chuyển đổi tín hiệu tương tự (analog) thành thông tin dạng số (digital) là công việc khó khăn. Vì bản thân dạng âm thanh như giọng nói con người ở dạng tương tự do đó cần một số lượng lớn các giá trị số (digital) để biểu diễn biên độ (amplitude), tần số (frequency) và pha (phase), chuyển đổi những giá trị đó thành dạng số nhị phân (0 và 1) là rất khó khăn. Cần thiết cần có cơ chế dùng để thực hiện sự chuyển đổi này và kết quả của sự phát triển này là sự ra đời của những thiết bị được gọi là thiết bị hỗ trợ mã hóa chuyển đổi thông tin (codec - coder-decoder) hay còn gọi thiết bị mã hóa và giải mã. Tín hiệu thoại tương tự của người đang thực hiện cuộc gọi được đặt vào đầu vào của thiết bị codec và được chuyển đổi thành chuỗi số nhị phân ở đầu ra. Sau đó quá trình này thực hiện trở lại bằng cách chuyển chuỗi số thành dạng analog ở đầu cuối, với cùng qui trình codec.
    Có 4 bước liên quan đến quá trình số hóa (digitizing) một tín hiệu tương tự (analog):
    • Lấy mẫu (Sampling).
    • Lượng tử hóa (Quantization).
    • Mã hóa (Encoding).
    • Nén giọng nói (Voice Compression).


    Một số các thuật ngữ liên quan:

    • Multiplexing: Ghép kênh là qui trình chuyển một số tín hiệu dồng thời qua một phương tiện truyền dẫn.
    • PAM (pulse-amplitude modulation) - điều chế biên độ xung
    • TDM (Time Division Multiplexing) - Ghép kênh phân chia theo thời gian: Phân phối khoảng thời gian xác định vào mỗi kênh, mỗi kênh chiếm đường truyền cao tốc trong suốt một khoảng thời gian theo định kì.
    • FDM (Frequency Division Multiplexing) - Ghép kênh phân chia theo tần số: Mỗi kênh được phân phối theo một băng tần xác định, thông thường có bề rộng 4KHz cho dịch vụ thoại.
    • PCM (Pulse code modulation) - Điều chế theo mã hóa xung : là phương pháp thông dụng nhất chuyển đổi các tín hiệu analog sang dạng digital (và ngược lại) để có thể truyền tải qua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số. Sự biến đổi này bao gổm 3 tiến trình chính: lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa. Tiến trình này hoạt động như sau:


    Giai đoạn đầu tiên của PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị số hóa), nó tạo ra một tuần tự các mẫu analog dưới dạng chuỗi PAM. Các mẫu PAM có dãi biên độ nối tiếp nhau, sau đó phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các khoảng. Tất cả các mẫu với các biên độ nào đó nếu mẫu nào rơi vào một khoảng đặc biệt nào thì được gán cùng mức giá trị của khoảng đó. Công việc này được gọi là “lượng tử hóa”. Cuối cùng trong bộ mã hóa, độ lớn của các mẫu được lượng tử hóa được biểu diễn bởi các mã nhị phân.

    Lấy mẫu (Sampling)


    Hình 2: Sơ đồ lấy mẫu.

    Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lượng đạt đến 10KHz. Tuy nhiên, hầu hết năng lượng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này. Do đó để tiết kiệm băng thông trong các hệ thống truyền được ghép kênh theo FDM và cả TDM. Các kênh điện thoại thường giới hạn băng tần trong khoảng từ 300 đến 3.400Hz. Tuy nhiên trong thực tế sẽ có một ít năng lương nhiễu được chuyển qua dưới dạng các tần số cao hơn tần số hiệu dụng 3.400Hz. Do đó phổ tẩn số có thể được mở rộng đến 4KHz, theo lý thuyết Nyquist: khi một tín hiệu thì được lấy mẫu đồng thời ở mỗi khoảng định kì và có tốc độ lấy mẫu ít nhất bằng hai lần phổ tần số cao nhất, sau đó những mẫu này sẽ mang đủ thông tin để cho phép việc tái tạo lại chính xác tín hiệu ở thiết bị nhận. Với phổ tần số cao nhất cho thoại là 4.000Hz tần số lấy mẫu là 8.000 mẫu cần được thực hiện trong một giây với khoảng cách giữa mỗi mẫu là 125 micro giây

    Lượng tử hóa


    Hình 3: Lượng tử hóa mẫu.

    Tiến trình kế tiếp của số hóa tín hiệu tuần tự là biểu diễn giá trị chính xác cho mỗi mẫu được lấy. Mỗi mẫu có thể được gán cho một giá trị số, tương ứng với biên độ (theo chiều cao) của mẫu.
    Sau khi thực hiện giới hạn đầu tiên đối với biên độ tương ứng với dải mẫu, đến lượt mỗi mẫu sẽ được so sánh với một tập hợp các mức lượng tử và gán vào một mức xấp xỉ với nó. Qui định rằng tất cả các mẫu trong cùng khoảng giữa hai mức lượng tử được xem có cùng giá trị. Sau đó giá trị gán được dùng trong hệ thống truyền. Sự phục hồi hình dạng tín hiệu ban đầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại.

    Hình 4: Nhiễu lượng tử

    Mã hóa

    Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mức hay giá trị. Qui ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương cho mẫu. Bảy bit còn lại biểu diễn cho độ lớn; bit đầu tiên chỉ nửa trên hay nửa dưới của dãy, bit thứ hai chỉ phần tư trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên hay dưới và cứ thế tiếp tục.
    Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8.000 lần mỗi giây cho dịch vụ kênh điện thoại. Dùng bước thứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông. Với tùy chọn này thì một kênh có thể mang nhiều cuộc gọi đồng thời.

    Nén giọng nói (Voice Compression)

    Mặc dù kỹ thuật mã hóa PCM 64 Kbps hiện hành là phương pháp được chuẩn hóa, nhưng có vài phương pháp mã hóa khác được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt. Các phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của PCM, nhờ đó tận dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số. Chắc hẳn, các mã hóa tốc độ thấp này sẽ bị hạn chế về chất lượng, đặt biệt là nhiễu và méo tần số.
    Một số ví dụ hệ thống mã hóa tiếng nói tốc độ thấp:

    • CVSD (Continuously variable slope delta modulaton) – kỹ thuật điều chế dựa trên sự chênh lệch trong biến đổi của tín hiệu liên tục): Kỹ thuật này là một dẫn xuất của điều chế dựa trên sự chênh lệch (delta), trong đó một bit đơn dùng để mã hóa mỗi mẫu PAM hoặc lớn hơn hoặc nhỏ hơn mẫu trước đó. Vì không hạn chế bởi 8 bit, mã hóa có thể hoạt động ở tốc độ khác nhau vào khoảng 20 Kbps.


    • ADPCM (Adaptive differential PCM – Kỹ thuật điều chế PCM khác biệt thích ứng): Kỹ thuật này là một dẫn xuất của PCM chuẩn, ở đó sự khác biệt giữa các mẫu liên tiếp nhau được mã hóa, thay vì tất cả các mẫu đều được mã hóa, được truyền trên đường dây. CCITT có đề nghị một chuẩn ADPCM 32 Kbps, 24 Kbps, 16Kbs cho mã hóa tiếng nói.


    • Chuẩn PCM thì cũng được biết như chuẩn ITU G.711

    Tốc độ G.711: 64 Kbps=(2*4 kHz)*8 bit/mẫu
    Tốc độ G.726: 32 Kbps=(2*4 kHz)*4 bit/mẫu
    Tốc độ G.726: 24 Kbps=(2*4 kHz)*3 bit/mẫu
    Tốc độ G.726: 16 Kbps=(2*4 kHz)*2 bit/mẫu
    Phạm Minh Tuấn

    Email : phamminhtuan@vnpro.org
    Yahoo : phamminhtuan_vnpro
    -----------------------------------------------------------------------------------------------
    Trung Tâm Tin Học VnPro
    149/1D Ung Văn Khiêm P25 Q.Bình thạnh TPHCM
    Tel : (08) 35124257 (5 lines)
    Fax: (08) 35124314

    Home page: http://www.vnpro.vn
    Support Forum: http://www.vnpro.org
    - Chuyên đào tạo quản trị mạng và hạ tầng Internet
    - Phát hành sách chuyên môn
    - Tư vấn và tuyển dụng nhân sự IT
    - Tư vấn thiết kế và hỗ trợ kỹ thuật hệ thống mạng

    Network channel: http://www.dancisco.com
    Blog: http://www.vnpro.org/blog
Working...
X