10．3．2 媒体网关
1．媒体网关的分类
媒体网关负责将各种用户和网络综合接入到核心网络，但并不是任何一个媒体网关设备都要支持所有的接入功能，根据媒体网关在网络中的位置可以分为中继网关（TG）、接入网关（AG）和住户网关（RG）。
中继网关（TG）用于连接传统的PSTN与IP分组网，在发送方向上将来自PSTN的电路交换语言转换为分组语言，接收方向进行相反的处理，如图10．6所示。
图10．6 中继网关在网络中的位置及功能
中继网关的主要功能有：
（1）语言信号的编解码功能，支持G．729、G．723算法。
（2）通过网关信令检测PSTN侧用户占线、无应答等状态，根据软交换的命令发送回铃音等。
（3）根据软交换的命令，采用回波抵消技术、动态设置去抖动缓存等。
（4）进行资源管理和控制，如对TDM电路终端点的阻塞管理和释放，当资源耗尽时，向软交换报告。
中继网关可以支持大量的用户数，一般在全配置的系统中能够支持多达几十万个呼叫。
接入网关（AG）负责各种用户或接入网的综合接入，如图10．7所示。
图10．7 接入网关在网络中的位置
住户网关（RG）用于将模拟话机或计算机终端连接到IP分组网，提供用户话音和In－ternet数据业务的接入，未来还可能会解决视频业务的接入。
2．媒体网关的主要功能
媒体网关在物理结构上一端连接PST N电路，另一端连接IP分组网的路由器，完成不同网络媒体流格式的转换。这种转换体系在传送层和应用层两个层面上。在传送层，PSTN网将多个话音通路时分复用为一帧，而IP网则将各路话音封装在实时传输协议（RTP）的净负荷中，因此媒体网关必须进行PSTN网络侧的复用和IP网络侧的解复用。在应用层，由于PSTN和IP网的语音编码机制不同，PSTN采用PCM编码，而IP网络采用语音压缩编码以减少每路话音占用的带宽，所以媒体网关必须进行媒体流格式转换，同时具有Int－serv和Diff－serv等QoS手段保证话音质量，支持IP网流量旁路，播放提示音和收集拨号号码等其他增强功能。
如图10．8所示，媒体网关的主要功能可以分为以下五个方面：
图10．8 媒体网关的主要功能
（1）综合接入功能
在用户网络侧，媒体网关可以连接各种现有网络、接入网和用户，实现现有网络和用户接入到基于分组模式的软交换网络。例如对模拟电话用户，媒体网关能够识别用户摘机、拨号和挂机等事件，检测出用户占线、无应答等状态，并将用户事件和用户状态向软交换报告。
（2）宽带接入功能
在分组核心网络侧，媒体网关可以宽带接入方式接入分组核心网络。目前的分组核心网络指ATM或者IP网，其中ATM采用面向连接的第二层交换技术，具有可靠的QoS保证；IP网络采用无连接的、尽力而为的第三层转发技术，难于保证QoS，因此媒体网关需要具有Int－serv和Diff－serv等QoS手段保证话音质量。
（3）媒体处理功能
媒体网关的媒体处理功能包括：媒体流的映射，包括媒体编码格式、数据压缩算法、资源预约和分配、特殊资源的检测处理、媒体流的保密等多项与媒体流属性相关的内容；满足各种业务的不同特性要求，如对于话音业务应有回波抑制、编解码支持G．711、G．729、G．723．1算法等；设有输入缓冲，从而消除时延抖动对通话质量的影响，且缓冲区的大小能根据网络情况动态调整。
（4）受控操作功能
媒体网关的大部分操作是在软交换的控制下完成的，主要包括：压缩编码算法的选择；呼叫的建立、释放、中断，特殊信号的检测和处理等；向用户发送各种控制音信号，如拨号音、回铃音等；资源申请、预约、占用或者释放等操作。
（5）管理和统计功能
作为网络中的一员，媒体网关同样受到网管系统的统一管理，同时媒体网关也要向软交换或网管系统报告相关的统计信息，主要包括系统资源的占用情况、中继端口的占用情况、发送的RTP包数和接收的RTP包数等。(www.xing528.com)
3．媒体网关的关键技术
在软交换网络中，模拟语音信号的处理过程是在PSTN网中以TDM的PCM编码传送的，经过媒体网关的语音压缩编码等处理以分组的形式由分组核心网络传送至对端媒体网关、PST N交换机再到用户。媒体网关的性能直接决定了语音业务的质量，因此需要采用一些关键技术来满足软交换网络的业务质量要求，如语音编码、静音检测技术、差错控制、回声抑制、高速数据总线和IV R技术。
（1）语音编码技术
目前采用的语音编码方法有两种：波形编码和参数编码。
波形编码的基本原理是以波形逼近为原则，在时域上把幅度样本分层化并用代码表示，其特点是语音质量高、抗噪声性能好、编码率高，适用于语音及高保真音乐。自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）技术就是采用波形编码方法，并应用了差分编码、自适应量化和自适应线性预测这三项技术来降低编码比特率。其中，差分编码是利用语音抽样信号之间的相对性，对相邻的抽样差值进行编码的技术；自适应量化是基于语音信号电平小的特点，动态地调整量化步长，对小信号采用小步长、大信号采用大步长，从而获得尽可能小的量化信噪比。自适应线性预测算法的基本原理是根据语音波形的时间相关性确定预测参数使差分信号的方差最小。ITU G．726是ADPCM技术的代表，具有三种不同的压缩级别：32 KB、24 KB、16 KB，压缩后的话音质量与PCM相比几乎没有差别。
参数编码是根据对声音形成机理的分析，构造话音生成模型，在编程端分析出该模型参数，选择适当的方式进行编码。特点是语音质量差、抗噪声能力弱，但参数编码方法比波形编码方法能达到更低的话音编码速率。目前低于16 kbit/s的低比特率话音编码都是采用参数编码，其典型的代表是由ITU－T和数字蜂窝标准组织制订的G．728、G．727、G．729A、GSM全速率、GSM半速率等。
针对视频业务的视频编码国际标准主要有两个大的系列，ISO所属的MPEG系列和ITU所属的H．26x系列。MPEG系列主要是针对运动图像的压缩进行研究，而H．26x系列主要是针对可视电话与视频会议领域进行压缩研究。
（2）静音检测技术
静音检测技术又称为话音活动性检测（V AD）技术。有研究结果表明，人们在打电话时约有50％的时间为聆听对方讲话的静默时间，10％的时间为讲话时短暂停顿的静默时间。VAD技术就是对用户是否发音进行检测，当用户的话音信号能量低于某一特定的门限值时就认为是静默状态，不再发送语音包，从而节省了网络带宽用于其他业务，提高了资源的利用率。
与V AD技术辅助使用的还有其他几项技术：一是在较大背景噪声中检测静音的技术；二是在突发语音分组前面或者后面增加一个话音分组以避免语音波形的起始和结束部分的丢失；三是舒适噪声生成（CNG）技术，即在静音期间生成一些背景噪声以避免长时间的静默给用户带来不自然的感觉。
（3）差错控制技术
在软交换网络中，采用RTP协议包承载于UDP的方式传输实时语音业务，没有重传机制，因此对于因网络拥塞或线路问题而丢失语音包的情况，一般采用临近的语音包补偿办法。但对于丢包较多的情况，这种方法并不理想。目前有三种典型的差错控制方法。
①使用UDP包封装多个RTP包，其中一个RTP包携带本时间的语音数据，其余包携带前几个采样点的数据。这样，所丢的RTP数据包可用之后时间点的冗余RTP数据包进行恢复，此方法需要占用较多带宽。
②使用UDP包携带一个RTP包和若干个以前采用点数据的前向纠错码，接收端可以使用前向纠错码对丢包进行恢复。
③使用交织序号发送法，将信息按行编码、按列发送，减少丢包对信息的恢复难度，但接收端重新排序的缓存时间增加了。
（4）回声消除技术
在分组网进行语音传输是一种全新的电信业务，传送的话音要经过编码、压缩、打包等一系列处理，不仅造成回声路径的延时较大，而且延时的抖动也较大。因此软交换网络中电话回声问题显得尤其突出，具有如下特点：
①回声源复杂，软交换网络中电话的回声既有声音接口造成的声学回声，又有模拟接口在混合电路中造成的电器回声。
②回声路径的时延大，在Internet中的语音传输中，延时来源有三种：压缩延时、分组传输延时和处理延时。语音压缩延时是产生回声的主要延时。
ITU－TG．165标准中定义了回声消除的性能要求，ITU－TG．IEC中定义了更加严格的性能要求。按照电话网的严格规定，回声路径的单向延时大于25 ms时就需要考虑回波问题。目前回波控制一般采用的是回波抵消方法，即通过自适应方法估计回波信号的大小，然后在接收信号中减去此估计值。
（5）高速数据总线技术
在MG中采用高速数据总线可以满足各部件分时信息传递的需要，从而支持大容量线速交换，提高内部数据传输速度，支持热切换插卡，降低语音包在网关内的传送时延等。
目前，MG中采用的总线标准有数据信号计算系统结构（SCSA）、多厂商集成协议（M VIP）、H．100、H．110等。
SCSA是计算机通信集成（CTI）行业的开放式技术标准，它提供了大容量、大带宽的同步TDM总线，即SC总线，其运行速率以到32．768～131．072 Mbit/s，默认值为65．536 Mbit/s。总线提供16条数据线，最多能提供2 048个时隙，默认总线提供1 024个具有独立收发数据流的双向时隙，能够承载63 kbit/s数据；信令单独的数据线上以透明方式传输。SCSA总线具有时隙交换能力，由SCSA卡的硬件连接器将一个发送时隙和一个接收时隙连接起来实现交换。
M VIP规范由NMS及另外六家公司于1990年提出，是目前广泛使用的、计算机电话系统之间相互操作性的标准，包括M VIP－90、H－MVIP、MC－MVIP等，其中MVIP－90是单机结构，由16个并行的2 048 Mbit/s的TDM线组成，可以实现512路时隙的无阻塞交换。
H．100总线标准是企业计算机电话论坛（ECTF）于1997年公布的。H．100取代现有M VIP和SC总线结构的通信总线，支持8 Mbit/s数据速率，每个流有128个通道，总共有4 096个64 kbit时隙，最多支持2 048个双向通话，而且屏蔽了SCSA总线和MVIP总线的差别，使得设计的系统能够平滑地过渡到PCI总线的结构中，帮助用户节约了开发成本，提高了设计效率。
H．110标准由工业控制机械制造者协会于1998年颁布。H．110提供了在背板上运行CT总线、支持热插拔和被众多通信厂商接受的标准架构等，比传统的PCI总线性能要优越得多。如H．110支持的插槽数增加了一倍，并提供了更好的封装方案等。目前H．110已经成为建立开放式电信系统解决方案的基础。
（6）IVR技术
IVR是指利用计算机语音合成技术，向用户播放不同的语音菜单提示内容，根据用户不同的选择情况播报有关的语音信息，来为用户提供服务。
在软交换网中应用IVR，即通过配置MG，使其具有发出语音提示、电话卡核实和拨号处理等功能，实现本地处理。这样原来由远程发送的语音提示信息只需在本地发送即可，既减少了开销又提高了服务质量。
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