網路電話(Voice over Internet Protocol；簡稱VoIP)是在TCP/IP網路協定上將語音信號運用壓縮技術，也就是類比聲音轉換壓縮成封包資料傳送...
網路電話(Voice over Internet Protocol；簡稱VoIP)是在TCP/IP網路協定上將語音信號運用壓縮技術，也就是類比聲音轉換壓縮成封包資料傳送，透過網際網路傳送語音的電信應用服務系統且利用Internet上提供即時語音服務。
本文將從VoIP的功能架構切入，談及其晶片發展趨勢以及晶片供應業者的現況分析。
VoIP技術的主要目的是用於處理語音和信令，因此可以將它分為4個功能模組：語音封包模組(Voice Package Module)、電話信號閘道模組(Telephone Signaling Gateway Module)、網路協定模組(Network Protocol Module)、網路管理模組(Network Manage-ment Module)。
語音封包模組主要是在DSP晶片上運作，主要實現(1)語音的編碼及解碼。(2)靜音檢測：通過對無話音時的噪聲進行檢測，判斷所接收的信號是否含有語音信號。(3)回音抵消器：基於國際標準G.165/G.168實現語音通訊中的回音抵消，以改善語音的通訊品質。(4)自適應語音恢復：通過緩衝器對接收到的延後語音封包信號，進行語音恢復而達到抗延時、抗延時抖動的目的；且可以「自適應」地調節延時值，實現達到語音傳輸延時最小的目的，改善語音通訊品質，同時必須支援內插演算法。(5)語音封包處理器：對經過編碼後的語音信號進行語音包裹處理，或對接收到的語音包進行拆包處理。
電話信號閘道模組主要是在Host CPU上運行。作為一個「網關處理器」，它主要是作為電話信令，在電訊設備與網路協議處理之間進行協議轉換。這些信令包含如挂機、摘機、呼入保持、來電顯示等。它主要是指原有傳統電話設備上的業務及其將來的增值服務。
網路協定模組用於處理信令資訊
這個模組主要是用於處理信令的資訊。同時也可以將信令資訊轉換成對應的特殊網路的信令協議，通過交換網路傳輸。一般而言，國際上目前比較通用的網路協議標準為H.323、MGCP與SIP等協議。
主要是提供語音管理介面，實現VoIP的配置及維護。管理資訊係依據國際標準ASN.1及SNMP簡單網路管理協議的要求所建立的。VoIP的傳輸方式是以IP分組交換網路為傳輸平臺，對模擬的語音信號進行壓縮、包裹等一系列的特殊處理，使之可以採用無連接的UDP協議進行傳輸。
為了在IP網路上傳輸語音信號，要求幾個元素和功能。最簡單形式的網路由兩個或多個具有VoIP功能的設備組成，共同通過一個IP網路連接。VoIP設備先把語音信號轉換為IP數據流，並把這些數據流轉發到IP目的地址，IP目的地址又把它們轉換回到語音信號。兩者之間的網路必須支援IP傳輸，且可以是 IP路由器和網路鏈路的任意組合。
大致上VoIP傳輸過程可分為語音數位化、信號編碼分組、信號包裹傳送、解包及解壓縮過程及數位語音模擬化五個過程。分別敘述如下：
(1)語音信號數位化：語音信號是模擬波形，通過IP方式來傳輸語音，首先要對語音信號進行模擬數據轉換，也就是對模擬語音信號進行量化，然後送入到緩衝存儲區中。數位化可以使用各種語音編碼方案來實現，目前採用的語音編碼標準主要有ITU-TG.711。
(2)信號編碼分組：語音信號進行數字編碼以後，下一步就要對語音封包以特定frame壓縮編碼。編碼後，壓縮的frame合成一個壓縮的語音封包送入網路處理器。網路處理器為語音添加包頭、時標和其他資訊後通過IP網路傳送到彼端。語音網路簡單地建立通信端點間的物理連接，並在端點間傳輸編碼信號。IP 網路不會形成連接，而要求把數據放在可變長的數據報或分組中，然後給每個數據報附帶尋址和控制資訊，並通過網路發送。
(3)信號包裹傳送：信號(數據)壓縮後，就需要對它進行包裹，加進協定資訊。在收集語音數據的處理過程中需要存儲時間，因為將語音數據發送到IP網路之前必須先收到一定數量的語音數據。在對信號進行編碼及壓縮過程中，需要一定的時間來對數據進行存儲，也產生了一定的時間延遲。協定資訊被加入封包中是為了更好地保障完成數據的傳輸過程。由於IP協定是為各種不同的網路互聯而設計的，與專用網相比它含有許多複雜的處理過程，它要求將封包封裝到另外封包中，而且數據在傳輸的過程中還要經過再包裹、重尋址和重新封裝等過程。
(4)解包及解壓縮過程：當每個封包到達目的地主機時，要檢查該包的序號並將其放到正確的位置，然後用一個解壓縮演算法來儘量恢復原始信號數據，這時通過利用時鐘同步及時延處理技術來填充由發送端處理過程中導致的空缺。由於各個封包在傳輸過程中經過了不同的Router，所以它們到達目的地的順序有很大差別，因此接收端要將先達到的封包放到存儲器裏一段時間以後等待隨後達到的封包，等待時間的長短要根據網路的壅塞情況而定。
(5)數位語音模擬化：IP電話主要應用於Internet上，是Internet上的增值業務。由於Internet是開放的網路，由於它的帶寬還不夠寬，尤其在網路惡化的情況下，在傳輸過程中很大部分封包會被丟失或延遲傳送，這些遭丟棄、延遲和破壞的封包是導致語音品質下降的根本原因。依 Internet傳統除錯機制，接收端如收到錯誤的數據封包就甘脆丟棄並請求重傳，保持用戶最終收到的資訊正確性。這種使用複雜的演算法來「猜測」丟失封包的內容，產生新的語音資訊，從而提高通信的品質。
VoIP的通訊協定較普遍應用的有4項，計有H.323、Session Initiation Protocol (SIP)、Media Gateway Control Protocol (MGCP)與MEGACO/H.248等。對相關業者而言，初期建置如何因應此4種主要通訊協定之互通是個重要的課題。目前，VoIP常使用的通話控制協定主要可分為點對點(Peer-to-Peer)與主從式(Clinet-Server)兩大類，點對點通訊控制協定的H.323與SIP適用在對等 (peer-level)的終端設備，而主從式通訊控制協定的MGCP與MEGACO適用在電信核心網路之主從式(Master-Slave)的局端設備。H.323由於發展較早，因此有7成以上的VoIP相關產品支援此一標準，而SIP在軟體產業龍頭Microsoft的支持下，2002年開始成為最多VoIP相關產品所支援的通話協定。隨著電信核心網路主從式架構的發展，MGCP協定被Cable Labs所主導PacketCable網路(美國CATV網)採用，成為Cable網路語音通話控制的標準，未來VoIP的電信網路核心架構將逐漸廣泛應用。
設備廠商方面，電信設備廠商與許多網路電話閘道器設備大廠如Cisco、Nortel、Sonus等都將順應NGN的趨勢，其VoIP相關產品皆紛紛支援 SIP、MGCP與MEGACO協定。在設備晶片方面，VoIP產品之關鍵零組件廠商如TI、ST、Broadcom、Netergy等亦紛紛開始生產支援SIP、MGCP及MEGACO協定的晶片，並逐漸提供整合型產品。
VoIP依功能基本上分成兩大部份，一是語音Codec之壓縮和解壓縮，二便是予以IP封包化而進行語音資料的傳收。語音的壓縮和解壓縮，將64kbps 的數位音訊高效能編碼化為8k～16kbps，ITU已在G系列中訂定標準。一般常用8Kbps的G.729，5.3kbps～6.3kbps的高壓縮率的G.723.1，以及16kbps之低壓縮率但維持較高音質的G.728。各製造商必須依據所應用的產品之特性，選擇適合的標準。
利用VoIP或網路通路的原理就是將發話端的聲音(Voice)先壓縮成數據(Data)的形式，以封包交換(Packet Switching)利用網際網路傳送到受話方之後，再解壓縮還原成聲音，所以會有語音延遲的現象產生，另外若是遇到網路頻寬不足或是網路壅塞的情況，通話品質會受到一定程度的影響，其他還包括通話品質、接取速率、穩定度、服務優先權等。
儘管VoIP相關設備及零組件市場仍處於萌芽階段，而且傳統電路交換語音設備的出貨量也會在未來數年內凌駕其上，但是有鑒於封包語音日後在語音通訊的發展潛力，In-Stat/MDR預測VoIP設備及其整合IC將會在未來5年內出現顯著成長，VoIP IC的總產值將會從2001年的5,490萬美元攀升至2007年的1億4,110萬美元。
In-Stat/MDR將VoIP IC可分為IP Phone IC、CPE(用戶終端設備；Customer Premise Equipment)VoIP閘道器IC及基礎設備VoIP閘道器IC(即一般所謂的Media Gateway)，以下是In-Stat/MDR針對各區塊的分析：
(1)IP Phone IC：將朝向高整合和專業化應用發展，在3 port的乙太網絡交換器中整合了PHY，內建用來提高安全性的處理器；手機及WLAN功能不久後也會與IP Phone IC進行整合。In-Stat/MDR預估，IP Phone IC產值將從2002年的1,560萬美元成長至2007年的4,960萬美元，年複合成長率約為26％。
(2)CPE VoIP閘道器IC：以往大多應用於家用語音網路設備的two-box配置中，包括將一個隔離式的ATA(Analog Terminal Adapter)連結至寬頻數據機。雖然這樣的配置有不錯的效益，但是In-Stat/MDR認為，把VoIP直接整合至RG( Residential Gateway)的one-box配置仍會是未來的主流。In-Stat/MDR預估，CPE VoIP閘道器的產值將會從2002年的2,110萬美元成長至2007年的5,510萬美元，年複合成長率為21.2％。
(3)基礎設備VoIP閘道器IC：基礎設備VoIP閘道器市場在2001年及2002年經歷了一場大崩盤，但是目前已重新復甦並步向穩健成長，特別是在亞洲地區。In-Stat/MDR預估，基礎設備VoIP閘道器IC產值將會從2002年的1,820萬美元，成長至2007年的3,640萬美元，年複合成長率為14.8％。
此外，In-Stat/MDR指出TI目前在VoIP IC市場位居主導地位，依據粗略估計，TI在上述三大區塊的出貨量各佔有約80％之多。
TI推出TNETV3010，包含1.8億顆電晶體，採用0.13微米銅導線製程；除了整合6個高效能TMS320C55x DSP核心外，並包含24-Mbit晶片內建SRAM記憶體，是目前容量最大的整合記憶體。
TNETV3010可處理超過200個晶片內建PCM通道，與一顆高效能個人電腦微處理器相比，TNETV3010包含3倍的電晶體數量，但晶粒面積只有 1/5，功率消耗更節省了50倍；專為電信系統開發的微處理器，以VoIP應用來說，該系統要求晶片必須內建大量記憶體，以便處理數量龐大的通道資料。
採用了0.13微米製程，因此能針對高密度語音應用發展出最佳化的TNETV3010架構。透過多核心共享記憶體和週邊電路的獨特晶片架構，這顆微處理器將為客戶提供更多的功能和更低的成本，另外還提供簡單的程式規劃模型(programming model)，加快客戶新產品上市時間。
TNETV3010晶片內建SRAM記憶體會分配給TNETV3010的6個DSP核心，這些核心則利用一個創新的多處理架構來處理超過200個VoIP 通道的通訊作業；此外，這顆元件還包含已通過實際考驗的Telogy Software軟體，可提供電訊廠商等級的功能特色，加速系統開發。
VoIP閘道器解決方案，係以TI的DSP技術和Telogy Software為基礎，並由軟體及元件所組成的高整合度系統單晶片。TI新解決方案專門支援住宅區和SOHO族閘道器需求，提供獨特的擴充能力，使客戶能延展他們的閘道器產品，支援大規模企業更多語音通道應用的需求。
TNETV1060以TMS320C55x DSP以及功能加強型高速MIPS 32 RISC核心為基礎，同時應用TI在VoIP應用通訊處理器的研發成果，把高效能的語音處理和資料路由功能提供給整合式語音/資料閘道器製造商。
因為TI把多個重要的解決方案組件整合至單顆晶片，例如高速資料路由的乙太網路媒體存取控制器和實體層等功能，進而減少解決方案的用料成本和零件數目。這套解決方案還採用低成本的外接式SDRAM記憶體，不但提供規格和應用延展性以支援特殊市場需求，還能將成本減至最低。
提供彈性的VLYNQ晶片對晶片串列介面，閘道器製造商只要透過這個介面，就能把TNETV1060連接至TI專為VoIP應用而設計的TNETV941 DSP，進而讓他們的設備支援更多語音通道。
VoIP閘道器製造商還能透過VLYNQ介面把其它功能映射至他們的產品，功能映射可在設計階段完成，也可以等到客戶需要新功能或支援新應用時再進行。且亦能為產品增加協同處理器和週邊設備，以便支援無線通訊和安全應用等新功能，使他們的產品轉變成智慧型閘道器裝置。TNETV1060平台提供完整的功能實作，包括迴音消除、採用自適性抖音緩衝技術(adaptive jitter buffering)的語音播放軟體、播號音的偵測及產生、語音偵測(VAD)和低位元速率以及/或是PCM語音編碼器，使它的音質可達到普通電話水準。
該公司目前已開始供應TNETV1060元件，標準規格包含4個語音通道，另外提供軟體發展平台、參考設計和VoIP軟體。
Broadcom公司的BCM1112 VoIP CPE引擎晶片具有150MHz MIPS32 RISC處理器和一個雙乘累加(dual-MAC)數位信號處理器(DSP)。該晶片的乙太網路組件包括1個乙太網路交換器和兩個整合式的10/100乙太網路收發器。另外，整合入BCM1112的還有3個能支援窄頻(8kHz)和寬頻(16kHz)樣本的類比編解碼器。這些編解碼器加上Broadcom BroadVoice32等寬頻聲碼合成器，據稱將在以後使IP網路能提供比傳統的PSTN更優的聲音品質。
Realtek的VoIP解決方案RTL8601與交換控制晶片RTL8602則是符合H.323v3與SIP標準，能提供VLAN與QoS等功能，以及完整軟體發展介面、工具、參考設計的彈性化解決方案。
Oki Network Technologies (簡稱Oki NT)2款VoIP寬頻媒體網路閘道BV7100和BV7060系列產品，其中BV7100是一種高性能、高頻寬的T1/E1 VoIP網路閘道；而BV7060則是一種類比FXS和FXO VoIP網路閘道。
兩款網路閘道產品適用於服務供應商和中小型企業環境，可提供服務品質(QoS)，同時支援H.323 v4、SIP、T.38傳真以及G.711、G.723等G.729音訊編解碼，因而具有大幅的互通作業性。BV7100和BV7060系列網路閘道整合了先進的抖動緩衝、靜音壓縮、回聲抑制、VLAN標記、DiffServ、ToS及NAT Traversal等功能。
BV7100系列網路閘道適用於實現數位電話系統與IP網路的連接，支援T1或E1介面，根據相應的配置其主機可支援多達60個VoIP通道。對於需要雙 T1/E1連接的系統而言，該公司還提供了一種具有雙模式功能的BV7100網路閘道，稱作BV7200。BV7100系列的兩種產品均可同時連接PBX 和PSTN系統，因而能實現呼叫路由和無縫配置選項擴充的靈活性，同時又不必中斷目前的系統配置。
對於類比電話系統，BV7060是一種10通道多埠的FXO VoIP網路閘道，可透過相應配置將標準的類比線路或PBX連接到IP網路中，或從IP網路中向PSTN發送呼叫。BV7060混合提供了8條FXS和2 條FXO線路，透過硬連接(hard-wired)的旁路方式在電源故障時保持PSTN呼叫能力。
Silicon Laboratories推出支援全球電信法規的DAA(Direct Access Arrangement)元件－Si3050，把DAA技術正式擴展至語音電話的應用範圍，並使其適用於多通道語音產品，如交換機(PBX)、支援語音服務的路由器、電腦電話系統、pairgain系統以及VoIP應用。
Si3050是以Silicon Labs專利ISOcap技術為基礎的雙晶片解決方案，包括一顆線路端元件和一顆系統端元件。它的主要特色包含了：可由軟體選擇的16種交流終端匹配方式；一個8或16位元的語音介面；一組可程式混合電路，可調整配合真實世界的線路狀況；以及電話線信號增益或衰減的調整能力，調整精度以0.1分貝為單位。
Si3050還具備可程式能力，廠商只須實作一套解決方案，就可以支援全球各地的電話線路標準。由於每個連線埠的使用面積小於2平方英吋，因此相較於其它競爭解決方案，電信設備製造商只要採用Si3050，就能在線路卡上實作更多個語音通道。
介面支援部份，Si3050不但同時支援PCM/SPI和GCI介面，同時也相容於Silicon Labs的Si3220/Si3225 Dual ProSLIC，它可為電話網路源端(sourcing side)提供雙通道類比電話介面。
Silicon Laboratories的Si3055矽晶DAA元件將支援英特爾所定義的次世代數據機核心邏輯界面規格。Azalia是以AC97界面為基礎所得到改進成果，可以讓個人電腦同時支援娛樂、通訊和協作應用。目前Silicon Laboratories正與英特爾合作驗證Azalia界面。
結合Azalia相容數據機功能後，Si3055與同類產品相比，可減少75%的電路板使用面積，並減少50%的零件數量。由於Si3055接腳相容於 Si3054 AC97矽晶DAA，因此客戶很容易就升級至Azalia界面，不必修改現有AC97設計的電路板或是零件用料，如筆記型電腦的MDC數據機。
另外，Si3055也和Silicon Labs現有DAA產品一樣，完全符合全球電信法規要求，廠商只需發展一套解決方案，即可在世界各地銷售，使得數據機設計更簡單，製造成本也更低。
整體看來，VoIP通訊協定的標準之爭，由於發展的時間與特性不同，因此在整體的電信網路架構中皆產生不同的應用。在新的NGN電信架構採用 MGCP/MEGACO協定的發展趨勢下，設備廠商在初期時可考慮在MGCP的設計上加入SIP Proxy、Gatekeeper的控制協定功能，在IP網路環境上可同時支援H.323與SIP的終端產品。可預見SIP與MEGACO協定將廣泛應用在未來的電信CPE與局端設備上。
VoIP的市場雖然成形，在引頸企盼中成為取代傳統電話業務的技術且為低成本的替代方案，ISP與WLAN也開始整合VoIP。從系統供應商在VoIP產品銷售的亮眼成績，可預見VoIP市場未來潛力。台灣已開放VoIP業務，未來VoIP市場將呈現爆炸性成長，除了電話通訊成本大幅降低以外，還會帶來更多附加價值的VoIP業務。
網路電話技術不但可以解決舊有問題，還可發展出新的服務。昇陽就準備用Java Card為基礎，在任何電腦上執行小的Java程式。網路電話技術則可以將辦公室的電話，轉接到任何一台電腦或使用者手上的行動電話。思科將這種「IP mobility」在未來3～5年的市場規模將估計約有10億美元的產值。