CN1270469A - 非实时网络电话系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用数据网络进行语音通讯的非实时网络电话系统。包括现有技术的网络电话系统和非实时网络电话系统两部分。它由数据终端、电话机、网关及网守、记费系统、数据网、公共电话网和控制系统所组成。网关中装有非实时同步控制装置、双网拨号装置,非实时同步控制装置与记费系统相连,电话机装有信号处理装置,信号处理装置连有显示装置(22),信号处理装置通过公共电话网与非实时同步控制装置相连。本发明的优点是对话音的传送质量可以保证。

Description

非实时网络电话系统

本发明涉及一种利用数据网络进行语音通讯的非实时网络电话系统。

网络电话是将语音信息以数据包的方式，通过数据网(特别是互联网)实现对话的通讯方式。目前，实现网络电话基本可分为两类：计算机对计算机方式和网关方式，前着是指通过在桌面电脑上安装相应软件或硬件，在互联网上实现端对端实时通话，是潜在的理想的通信工具；后着使用现有的公共电话网和互联网，在普通电话间进行语音通信。网关可以为公共电话网和互联网架起一座桥梁，在利用现公共电话网的同时，有效利用网络资源。典型的网关一般设置于公共电话网和互联网之间，它可对公共电话网线路传来的话音或传真信息进行分组和压缩，并将分组转换成数据包传送到互联网，再通过路由器路由到目的地。虽然网络电话有很强的成本优势，但数年来在全球范围内仍无法普及，原因在于以下几点：互联网是一个全球性和开放性的基于TCP技术的网络，此网络最大的特点就是不可管理和不可控制。这样，人们很难对互联网的性能进行控制，也无法确认互联网的时延、抖动和丢包率是否能满足话音业务的需求。其次，互联网采用面向无连接网络技术，每一个话音包在网络中传输时会经过很多路由器，在每一个路由器中，所有的话音包都需要排队等待处理，路由器查看每一个话音包的包头确定将该包送往目的地方向的下一个节点。这样话音包的传送就会经历很长的时间，话音时延也可能达到无法容忍的地步。同时，每一个包经历的路径不同，就会造成时延变化很大，即话音抖动很大。另外，在网络拥塞的时候，一些包还会被丢弃或等待很长的时间才被处理。话音业务的传递密切依赖于网络情况，也即取决于路径跳数、链路类型、速率以及业务量的多少等因素。由此可见，完全实现能与现有公共电话网竞争的实时网络电话，还需很长一段时间，如何能利用好现有数据网络来进行语音通讯，是有待解决的问题。

本发明针对现有技术的不足而设计了一种与现有技术并行的非实时网络电话系统，以解决网络电话使用不便和语音质量无法保证的问题。

在介绍网络语音系统之前，有必要简单介绍一下有关网络电话的ITUH.323技术标准。H.323定义了基于网络的多媒体会议系统的4个组成部分：终端、网关、多点控制单元和网守。H.323/T.120定义的多媒体终端为用户提供一个通往多媒体电话系统的接口。在此意义上，它有点像通常家用电话在普通公用交换电话网中的地位。唯一的区别在于这里所说的多媒体终端可以进入多媒体网络中的计算机电话系统，并享有它所提供的其他服务，比如视频和数据等服务。H.323的网关主要用来在不同的ITU标准之间的翻译、系统控制、话音解码和传输控制。H.323网守实际上是多媒体电话系统中的逻辑交换机。所有的H.323节点设备(终端、网关、多点控制单元)都需要在网守上注册，并由网守作为所有通话、控制信令的中介点。网守也为网络管理人员提供一个控制通话路由及控制信号处理的环境，以便进行用户接入认证、安全管理及计费。如果网络规模较大，可以建立多个网守，以便互为备份及分布式管理用户。

与传统公共电话网相比，网络电话有许多好处，因为网络协议是一种以分组交换为基础的、灵活的协议，一般说来，网络语音网不仅布局简洁统一，而且交换速度快，带宽利用率高，话音的分组传送通常要求网络提供充足的带宽，所以对现有的多数网络网络而言，话音压缩技术是实施网络话音通信的关键所在。话音压缩技术比如有脉冲编码调制技术(PCM)、自适应差分脉冲编码调制技术(ADPCM)或是码激线性预测技术(CELP)。

本发明的目的是这样实现的：一种非实时网络电话系统，包括现有技术的网络电话系统和非实时网络电话系统的两部分，它由数据终端、电话机、网关及网守、记费系统、数据网、公共电话网、控制系统和移动电话所组成，其电话机通过公共电话网与网关及网守相连，网关及网守与记费系统相连，并通过数据网与其它网关及网守、记费系统相连，网关及网守通过公共电话网与电话机相连，其主要是网关及网守中装有非实时同步控制装置、双网拨号装置，非实时同步控制装置与记费系统相连，电话机带有信号处理装置，信号处理装置接有显示装置，信号处理装置通过公共电话网与非实时同步控制装置相连其双网拨号装置带有信号处理器及与之相连的拨号器，拨号器与公共电话网相连。其非实时同步控制装置带有信号发射装置、数据重组装置及信号综合处理装置，该信号综合处理装置通过公共电话网与电话机中按键处理装置相连，其电话机上带有语音传送质量调节键、延时质量调节键、语音分段键及选择网络电话系统的按键，分别与电话机的按键处理装置相连。记费系统带有语音量统计装置，与非实时同步控制装置及公共电话网相连。其非实时同步控制装置的信号综合处理装置通过公共电话网与电话机的语音分段键及语音量统计装置相连。

通过本系统，普通电话用户可以采用与现有公共电话网类似的方式进行通话。在网关进行数据包重组时可能会出现较大的延时，故称之为非实时网络电话系统。

本发明的优点是可以保证话音的传送质量，良好的语音质量是交流的前题，而交换信息又是人们打电话的目的。为了缩短延时，本发明提出了将量化的语音数据包多次发出，以便受话方网关可以较快地完成数据包重组；另外，在拨号呼叫方面，通过公共电话网和数据网络的双网呼叫可以较快地得知对方是否可以接通。以语音量为基准进行计费，可以加快客户对网络电话的接受。

下面结合附图及实施例进一步叙述本发明，实施方案不限制方法的一般性。

图1为本系统的结构总成。

图2为本系统拨号入网时的控制逻辑。

图3为本系统进行数据包重组时的控制逻辑。

图4为本系统同步技术控制逻辑。

图5为网络电话机所需的特设按键。

图6为网络电话机中的特设信号处理装置。

图7为计费系统与网关的连接。

图8为双网拨号装置。

图9为网关中的同步控制装置。

其图中：20为电话机中的信号处理装置；21为电话机话筒；22为电话机上的液晶显示装置；23为网络电话机；24为网络电话机语音传送质量调节键；25为网络电话机延时质量调节键；26为网关及网守；27为公共电话网；28为网络电话机语音分段键；29为网络电话机其它功能键；30为网络电话机选择网络电话系统的按键；31为数据传输网络；32为记费及清算系统；33为网络数据终端；34为语音量统计装置；35为双网拨号装置；36为网关上特设信号发射装置；37为公共电话网拨号器；38为双网拨号装置中的信号处理器；39为电话机按键处理装置；40为数据重组装置；41为信号综合处理装置；42为非实时同步控制装置。

如图1-9所示，一种非实时网络电话系统，包括现有技术的网络电话系统和非实时网络电话系统两部分，它由数据终端(33)、电话机(23)、网关及网守(26)、记费系统(32)、数据网(31)、公共电话网(27)、控制系统和移动电话所组成，其电话机(23)通过公共电话网(27)与网关及网守(26)相连，网关及网守(26)与记费系统(32)相连，并通过数据网(31)与网关及网守(26)、记费系统(32)相连，网关及网守(26)通过公共电话网(27)与电话机(23)相连，其主要是网关及网守(26)中装有非实时同步控制装置(42)、双网拨号装置(35)，非实时同步控制装置(42)与记费系统(32)相连，电话机(23)带有信号处理装置(20)，信号处理装置(20)接有显示装置(22)。信号处理装置(20)通过公共电话网(27)与非实时同步控制装置(42)相连，其双网拨号装置(35)带有信号处理器(38)及与之相连的拨号器(37)，拨号器(37)与公共电话网(27)相连，其非实时同步控制装置(42)带有信号发射装置(36)、数据重组装置(40)及信号综合处理装置(41)，信号综合处理装置(41)通过公共电话网(27)与电话机(23)中的按键处理装置(39)相连。电话机(23)上带有语音传送质量调节键(24)、延时质量调节键(25)、语音分段键(28)及选择网络电话系统的按键(30)，分别与电话机(23)中的按键处理装置(39)相连。其记费系统(32)连有语音量统计装置(34)，与非实时同步控制装置(42)、公共电话网(27)相连。非实时同步控制装置(42)的信号综合处理装置(41)通过公共电话网(27)与电话机(23)的语音分段键(28)及语音量统计装置(34)相连。该系统操作使用过程如下：

1.拨号入网：

图1为本系统拨号入网时的控制逻辑，图8是一种双网拨号装置实施的实例。

当一个普通电话用户在使网络电话时，先将一个设有其密码/帐号/入网电话等信息的磁卡或IC卡插入电话机，拨入受话方电话号，电话机(23)通过公共电话网(27)网自动拨打入网电话并在接通后将密码/帐号/受话方电话号等信息传给网守，并通过按键(30)选择现有网络电话系统或是非实时网络电话系统。如选择现有网络电话系统是使用现有技术，这里不做更多的描述。通过磁卡进行拨号入网以及确定拨号方合法使用权限的方法，比起现有的入网方式对用户要方便，快捷。密码和帐号等信息也可部分或全部贮存于电话机内的某个部件之中。

拨号方网关及网守(26)在确定拨号方的合法使用权限之后，先通过公共电话网(27)拨打受话方电话，同时按受话方电话寻找与数据网(31)相连的受话方附进的网关及网守(26)。通常，通过公共电话网(27)可以较快地的接通受话方的电话。通过与受话方电话相连的交换机所发来的信息，双网拨号装置(35)的信号处理装置(38)判断受话方电话是否可接通，判断后立刻切断与受话方通过公共电话网(27)的连接。如所发来的信息显示可以接通，拨号方网守等待通过数据网建立的联接；如所发来的信息显示无法接通/占线或关机，拨号方网关及网守(26)及时通知拨号方。

从目前的情况来看，接通公共电话网的国际长途需三到七秒；而接通网络电话的国际长途需多出一倍以上的时间。双网拨号比起现有的单网拨号法，可更快地确认受话方是否可接通，减少了拨号方的等待时间。

实现这一过程所需技术，如带磁卡的电话，计算机对公共电话网所传来的信息的识别均是现有技术。电话自动拨号入网在欧美已广泛应用于选择低费线路，故实现这一过程所需技术通过对现有技术的组合是可以实现的。

如图8所示：网关中的双网拨号装置(35)在收到自公共电话网传来的被叫方电话号码后，通过网关的其它装置进入数据网(31)，该过程是现有技术；双网拨号装置(35)还设有一公共电话网拨号器(37)，其功能是将被叫方电话号码通过公共电话网(27)呼叫被叫方，一旦从数据网或是公共电话网有信号反馈回来，信号处理装置(38)即对该信号做出判断，如发现被叫方电话占线或无法接通，立即通知拨号方。

2.通话：

本系统处理对话可分为三部分：

- 讲话方的语音处理

- 受话方的语音处理

- 系统的同步控制技术

- 讲话方的语音处理

在建立起通话之后，讲话方通过电话机(23)及公共电话网(27)将语音信息传至入网网关及网守(26)，网关及网守(26)根据收到语音信息的先后，将一段话分成有先后顺序的语音单元，将语音单元顺序列成序列单，并对语音单元进行量化，按讲话方所选择的方法进行压缩后装入数据包，并将数据包和序列单发入数据网。

如果延时问题不严重，可按语音的自然中断来对语音进行分段。为了解决网络繁忙时可能出现的问题，本系统提供了自控语音分段的可能：当讲话方说完之后，按电话上的特设语音分段按键(28)，表示自己讲话结束；网关将受到该信号之前的语音做为一个语音段予以发送，以便于双方的沟通。

以上所描述网关对语音的处理，和现有的通行的网络电话语音处理方法类似。本系统提出的改进方法是，为客户提供了在通话之前调节语音质量的可能，并可随时根据需要通过按电话机上的某个按键调节语音质量。

为了保证电话的实时性，提供网络电话业务的公司需要在保真与压缩带宽之间取得平衡，其网络电话系统通常只设定某种压缩法，没有考虑到每个客户的具体需要。非实时网络电话系统对带宽和网络的要求不高，为客户灵活地调节语音质量提供了可能。

提高语音质量主要为了改进网络电话的两个方面：失真与延时。如果客户希望减少失真，他可以通过电话机机上的语音传送质量调节键(24)选择语音信号损失较少的压缩法。在缩短延时方面，主要采取数据复发的方法：即将语音压缩后所得的数据包多次发入数据网，这样既使某些数据包在传送过程中丢失或出现错误，多个数据包同时丢失的可能性极小。受话方网关很快可以整理出一份完整的语音信息。这样，无需向讲话方网关提出重发申请，从而缩短了因传送而出现的延时。供客户调节语音质量的调节键可以是电话机上的某个已有按键。本系统建议在电话机上特设语音选择的语音传送质量调节键(24)、延时质量调节键(25)，使操作更加简便(见图5)。这些具有特设功能的调节键通过电话机中的按键处理装置(39)发给网关，网关做出相应的处理。

- 受话方的语音处理

图3说明了本系统受话方网关对所接收的语音数据包的处理逻辑：

* 受话方网关在从数据网接收到的语音数据包后，首先按序列单所提供的信息对数据包进行重组；

* 如发现某个数据包在传送过程丢失或出现传送错误，受话方网关向讲话方网关发出重发该数据包的请求；讲话方网关及网守接到这个请求之后，多次重发所需的数据包，以保证该数据包能正确迅速到达受话方网关；

* 受话方网关将所有语音单元的数据包重组之后，直至确认无误或所对失的数据包不影响语音质量，再解压并转换成语音通过公共电话网(27)发给受话方。

* 同时通知讲话方网关：语音信息已传送给受话方。

与实时网络电话系统不同，本系统注重话音的完整性，因此数据包重组装置(40)按序列单收集数据包，直到确认完整无误或不影响语音质量，再转换成语音通过公共电话网(27)传给受话方。

- 同步控制技术

从讲话方将话说完，到受话方听到语音信息，这个过程有时需要一定的时间。尤其是当网络繁忙时，延时可能会很长。如在此期间网关没有任何信息传给通话双方，通话双方无法得知是对方未讲话还是语音信息在传送之中。公共电话网既使是长途电话，延时也很有限，不存在这种现象。为了解决这一问题，本系统提供了同步控制技术，使通话双方了解系统的状态。

图4，图8，图9为实现该方法的技术方案。图4为本系统同步技术的控制逻辑，实现这一技术主要是通过网关与电话机中的信号处理装置(20)相互配合来完成。图9为网关及网守的同步控制装置(42)。

受话方网关：

* 受话方网关(26)在数据重组装置(40)数据包重组时，由网关上特设信号发射装置(36)通过公共电话网(27)向受话方电话机(23)发出特设信号。

特设信号的种类可以是多样的，最简单的方式是以一种或多种语言的语音或声响方式通知受话方，例如由计算机发出″系统正在组音”这样的信息。该方式的优点是容易实现，对普通电话机无特殊要求；缺点是受话方注意力要时刻保持集中，而听到的是无用信息。

为了解决这一问题，本发明提出，由受话方网关在数据包重组开始时向受话方电话机(23)发出某种特设信号。受话方电话上的信号处理装置(20)接收到该信号后，将该信号消除，不用音频的方式通知受话方，而是通过电话机上的显示装置(22)，如液晶显示(LCD)的字幕，告知受话方：网关正在进行数据包重组，使受话方知道系统的状态。如受话方使用的是移动电话，除了发出上述信号外，可令移动电话在数据包重组时进入节电状态。

* 在数据包重组结束之后，受话方网关？？？(26)向受话方发出″准备传送语音信息”的信号，受话方电话机(23)受到该信号后改变液晶显示或三极管(22)的显示状态，以引起受话方的注意。

* 在将语音通过公共电话网(27)发给受话方后，受话方网关？？？向讲话方网关发出信号：″语音已发送”

讲话方网关

* 在将含有语音信息的数据包发入数据网后，向讲话方电话机发出信号，告知语音已发出，讲话方电话机(23)中信号处理装置(20)收到该信号后的显示此信息；

* 接到受话方网关发出的″重发某数据包”请求后，通过与受话方网关类似的原理向讲话方发出某种特设信号，显示系统正进行数据包重组；

* 在收到受话方网关发出的″语音已发送”的信号后，向讲话方显示″语音信息已发出”。这样通话双方时刻知道系统的状态，并可利用语音传送所需的时间考虑对话的内容。

实现这一方案，需要在现有的电话机上加上特设信号处理装置(20)及相应的状态显示装置(22)。电话机内信号识别及状态显示装置均是现有技术可以解决的。图6为了一种连接方法：设于电话机内的的信号处理装置(20)收到网关(26)经公共电话网(27)发来的信号后，对信号进行判断：如是语音信号，则通过话筒传给受话方；如是某个特设信号，则通过液晶显示装置(22)，通知受话方；

3：记费系统

与现有的网络电话的记费方式不同，本系统提出以语音的传送量为基准进行记费。图7为这一方案的实施方法：网络电话记费系统(32)与一语音量统计装置(34)相连接，该装置与信号综合处理装置(41)及公共电话网(27)相连。当讲话方讲话时，所产生的信号激活时钟，记费开始；当讲话方停止讲话时，通过公共电话网(27)传来的信号发生变化，记费结束。根据记费起始和记费结束的时间可以算出讲话时间，记费系统以此为基准进行记费。另外，语音量统计装置(34)与网关中的信号综合处理装置(41)相连，语音分段键(28)传来的信号亦可做为讲话结束的信号。语音传送质量调节键(24)、延时质量调节键(25)通过公共电话网(27)与网关中的信号综合处理装置(41)及语音量统计装置(34)相连。

Claims (6)

1.一种非实时网络电话系统，包括现有技术的网络电话系统和非实时网络电话系统两部分，它由数据终端(33)、电话机(23)、网关及网守(26)、记费系统(32)、数据网(31)、公共电话网(27)、控制系统和移动电话所组成，其电话机(23)通过公共电话网(27)与网关及网守(26)相连，网关及网守(26)与记费系统(32)相连，并通过数据网(31)与网关及网守(26)、记费系统(32)相连，网关及网守(26)通过公共电话网(27)与电话机(23)相连，其特征在于：网关及网守(26)中装有非实时同步控制装置(42)、双网拨号装置(35)，非实时同步控制装置(42)与记费系统(32)相连，电话机(23)带有信号处理装置(20)，信号处理装置(20)接有显示装置(22)，信号处理装置(20)通过公共电话网(27)与非实时同步控制装置(42)相连。

2.根据权利要求1所述的网络电话系统，其特征在于：双网拨号装置(35)带有信号处理器(38)及与之相连的拨号器(37)，拨号器(37)与公共电话网(27)相连。

3.根据权利要求1所述的网络电话系统，其特征在于：非实时同步控制装置(42)带有信号发射装置(36)、数据重组装置(40)及信号综合处理装置(41)，信号综合处理装置(41)通过公共电话网(27)通过公共电话网(27)与电话机(23)中按键处理装置(39)相连。

4.根据权利要求1所述的网络电话系统，其特征在于：电话机(23)上带有语音传送质量调节键(24)、延时质量调节键(25)、语音分段键(28)及选择网络电话系统的按键(30)，分别与电话机(23)的按键处理装置(39)相连。

5.根据权利要求1所述的网络电话系统，其特征在于：记费系统(32)连有语音量统计装置(34)，与非实时同步控制装置(42)、公共电话网(27)相连。

6.根据权利要求1、3与5所述的网络电话系统，其特征在于：非实时同步控制装置(42)的信号综合处理装置(41)通过公共电话网(27)与电话机(23)的语音分段键(28)及语音量统计装置(34)相连。

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