AOIP语音编解码分析

AOIP语音编解码分析

王钢

甘肃移动网络管理中心王钢

摘要：随着移动通信网络AOIP步伐的不断加快，语音编解码的准确协商成为实现AOIP的关键。本文着眼于AOIP改造过程中，所面临的不同网络场景，阐述了AOIP语音编解码的协商过程及实现方式。

关键词：AOIP语音编解码TCTRFO

1基本原理概述

为确保深入了解AOIP的语音编解码协商过程，需要掌握语音编解码的基本原理知识，并结合不同的网络场景进行分析。

1.1语音信号数字化

模拟信号的数字化经过三个过程：抽样、量化和编码。抽样的过程是把模拟信号变为时间轴上离散的信号。量化的过程是把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量。编码的过程是把量化的抽样信号变成给定字长的二进制码流。

1.2语音编解码需求

经过上述过程，对每一个抽样点，都可以得到一个8位的二进制码，称为PCM码。话音PCM信号抽样率为8000Hz，量化位数为8bit，所以编码后的码率为：8000*8=64kbps。对于无线空口资源来说，PCM信号占用带宽过大，资源利用率过低，因此，需通过语音编解码技术将PCM信号转化为更低速率的信号，从而可以传输多路语音通话。

1.3常用语音编解码

语音编解码的发展经历了固定网络时代的编解码，无线网络时代的3GPP单速率，AMR-NB编解码，以及FMC（FixedMobileConvergence）时代的AMR-WB/G.722.2编解码四个阶段。

语音编解码根据无线接入网的类型分为GSM语音编码与UMTS语音编码。根据码率的类型分为单速率编码与多速率编码，而多速率编码根据适用频带不同又分为窄带和宽带两种。

单速率语音编码是指采用单一速率的语音码流，主要编码算法有FR、HR、EFR。其中，GSMFR压缩后的码率为13kbps；GSMHR压缩后的码率为5.7kbps；GSMEFR压缩后的码率为12.2kbps。多速率语音编码是指3GPP提出的AMR（AdaptiveMulti-Rate），AMR算法是基于自适应速率，由4.75kbps~12.2kbps的8种速率混合组成自适应编解码器。在目前的移动通信网中，主要采用12.2kbps的速率。

1.4语音编解码器（TC）

当发送端与接收端所使用的编解码类型不兼容时，为保证发送端编码后的信息能在接收端解码，需要在中间传输节点加入TC。

TC分为三种类型：普通TC，GETC和FPTC。当一端为TDM，另外一端为IP时，无论两端编解码是否相同，均需插入普通TC。当两端都是IP，且编解码相同或兼容时，一端为UP支持模式，另一端为UP透明或无UP时，需插入FPTC。当两端都是IP，但编解码不相同或不兼容时，需插入GETC。

在目前的移动通信网中，以上三种TC资源都会被采用，即使全程都使用相同的编解码，但局间采用BICC信令协议时，也需要插入FPTC转换。

1.5免编解码处理（TRFO）

TRFO是在语音传输过程中，实现不通过TC来进行语音的处理。TRFO采用带外信令编解码控制功能，通过信令协商得到端到端通话所用的一致（或兼容）的编码，并直接传送编码信息，从而在中间节点上免除TC资源。如果协商不到一致（或兼容）的编码，则在中间节点使用TC进行编码转换。TRFO功能的实现，能大大提高端至端的语音质量。因此，AOIP的最终目标就是为了实现全网TRFO功能。

1.6A口IP化（AOIP）

AOIP：即A接口IP化，是指在BSC与MSC之间的A接口（信令面和用户面）采用IP传输方式。在此之前，A接口使用TDM传输方式。

2编解码应用场景

2．1局内呼叫AOIP-AOTDM

2.1.1业务模型

主叫侧在AOIP的BSC下，A口选择GSM语音编解码或AMR编解码，被叫侧在AOTDM的BSC下，A口选择G.711编解码。

2.1.2TC使用情况

局内单网关呼叫业务模型下，需要使用两个TC，分别部署在使用TDM承载的BSC1上以及MGW上，用于完成编解码转换。

2．2局内呼叫AOIP-AOIP

2.2.1业务模型

主被叫终端均在AOIP的BSC下，主被叫DCL有交集时，MSS从交集中选择编解码。

2.2.2TC使用情况

局内单网关AOIP-AOIP呼叫业务模型下，主被叫侧将根据编解码协商结果使用一致的编解码，不需要使用TC。

2．3局间呼叫AOTDM-AOIP

2.3.1业务模型

主叫侧在AOTDM的BSC下，采用G.711编解码；局间采用BICC协议，按照移动的局间设置，选择AMR212.2kbps的编解码，被叫侧在AOIP的BSC下，选择GSM语音编解码或AMR编解码。

2.3.2TC使用情况

2G局间基于BICC（TDMBSC-IPBSC）呼叫模型下，需要使用两个TC和一个FPTC。两个TC分别部署在BSC1和MGW1上，用于进行编解码转换，一个FPTC部署在MGW2上，用于UP头转换。

2．4局间呼叫AOIP-AOIP

2.4.1业务模型

主被叫均位于AOIP的BSC下，局间采用BICC协议。理论上是可以实现TRFO的，但由于局间采用了BICC协议，所以仍需要进行编解码转换。

2.4.2TC使用情况

2G局间基于BICC呼叫模型下，主被叫侧根据编解码协商结果使用一致或者兼容的编解码，但局间需要在MGW1和MGW2上分别插入一个FPTC，用于UP头转换。

3AOIP编解码协商流程

每一次通话都要进行编解码协商，根据用户终端、BSC、MGW以及远端设备编解码能力选取最合适的编解码。其流程主要包括以下几个方面：

1.BSC1在发给MSC1的CompleteLayer3消息（CMservicerequest）中携带BSCSupportedCodecList（BSC-SCL1）。BSC-SCL1是BSC1为MS1本次通话所能提供的编解码列表。

2.MS1在Setup消息中携带MSSupportedCodecList（MS-SCL1）。

3.MSC1根据MS-SCL1、BSC-SCL1以及MGW1的编解码能力，取交集构造SupportedCodecList（SCL），发送给MSC2。

4.MSC2收到终呼请求后，寻呼MS2；BSC2在发给MSC2的CompleteLayer3消息（Pagingresponse）中携带BSCSupportedCodecList（BSC-SCL2）。

5.MS2在Callconfirmed消息中携带MSSupportedCodecList（MS-SCL2）。

6.MSC2为呼叫选择一对codec（SC和pRanC2），SC（SelectedCodec）用于核心网MSC1-MSC2，pRanC2（preferredRANCodec）用于无线接入网。选取这对codec需要考虑MS-SCL2、BSC-SCL2、MGW2的编解码能力、以及MSC1发来的SCL。另外，MSC2还可以根据自身的配置来调整codec的选择策略以选出期望的codec。理想的情况是选取的SC与pRanC2是相同的或兼容的（如果两者不相同或不兼容则需要使用TC）。

7.MSC2给MSC1通知本端使用的SC。

8.MSC1为主叫侧选择一个优选codec（pRanC1）。选取pRanC1需要考虑MS-SCL1、BSC-SCL1、MGW1的编解码能力、以及MSC2发来的SC。另外，MSC1还可以根据自身的配置来调整codec的选择策略以选出期望的codec。理想的情况是选取的pRanC1与SC是相同的或兼容的（如果两者不相同或不兼容则需要使用TC）。

9.MSC1、MSC2分别通过AssignmentRequest消息通知BSC1、BSC2各自推荐的codec列表（MSC-PCL，MSCpreferredcodeclist）。pRanC1、pRanC2分别放在这两个列表的第一个位置上。

10.BSC根据自己的选择策略可以在MSC-PCL中选取任意一个作为最终使用的codec（cRanC，chosenRANcodec），但通常建议选取第一个codec。

11.BSC把选定的cRanC通过AssignmentComplete消息通知MSC。如果cRanC与pRanC不一致，则MSC需要通知MGW将codec更新为cRanC（如果cRanC与另一端的编解码不相同或不兼容则需要使用TC）。

4综述

4．1编解码配置原则

语音编解码的协商，其目的是为了在语音通话过程中，获取最好的语音质量。因此，当保证呼叫正常建立，具备TRFO条件的情况下，应尽可能实现TRFO。如果不能实现TRFO，全程应尽可能少插入TC，减少编解码转换，不增加额外的编解码协商和修改流程。

4．2、现网情况分析

AOIP的编解码协商是一个逐段协商的过程，首先是主叫侧MS与BSC、MGW协商，其次是局间MSC1出局协商，最后是被叫MSC2入局侧及被叫侧协商过程。这三部分的编解码协商过程是相互独立的，并在需要编解码转换的设备节点插入TC。

在目前的移动通信网中，插入TC资源是不能避免的，即使是端到端均采用相同的编解码，但由于在局间采用BICC信令，NB接口存在UP面，而AOIP后A口没有UP面，所以，也需要插入FPTC。

AOIP后，MGW应支持GSM编解码、AMR编解码、G.711编解码在NB接口传送。但出于降低语音编解码协商难度的目的，目前，局间基本只采用AMR12.2kbps单速率的编解码以及G.711的编解码，并优选AMR12.2kbps的编解码，其他速率的AMR编解码现阶段基本不采用AOIP的改造过程是循序渐进的，编解码协商过程纷繁复杂。在工程建设阶段，需面对AOTDM-AOTDM，AOTDM-AOIP，AOIP-AOIP等不同的业务场景。本文所阐述的几种业务场景，对于分析编解码的协商过程具有一定的代表意义，其他所面临的各种编解码协商过程，基本可以参照上述模型分析，只是TC插入位置，TC所起作用存在一定的差异。同时，本文所阐述的是语音呼叫基本场景，对于呼叫过程中产生切换，引起编解码的协商过程，本文未进行描述。

参考文献：

[1]TS26.103《SpeechCodeclistforGSMandUMTS》3GPP2005年

[2]韩斌杰《GSM原理及其网络优化》机械工业出版社，2001年

[3]TR43.903《A-interfaceoverIPstudy》3GPP2005年

[4]TS26.102《AdaptiveMulti-RateCodecRecommendations》3GPP2005年