VoIP

読み:ぼいっぷ / 英語表記:Voice over Internet Protocol

音声をデジタルデータに変換してパケットに詰め、IPネットワークで送る技術。IP電話の基盤となる。

イマシルちゃんの解説

昔の電話は、話している間ずっと1本の回線を独り占めしてたんだ。
VoIPでは、声を細かく切ってデジタルデータにして、小さな小包(パケット)に詰めて送るよ。

インターネットやメールと同じネットワークに声を流せるから、
回線を共有できて、とっても経済的なんだ!
ただ、声はリアルタイムで届かないと会話にならないから、遅れや途切れには特に気をつけないといけないんだよ。

より深い解説

定義

VoIP(Voice over Internet Protocol)は、音声信号を符号化(デジタル化・圧縮)し、IPパケットに載せて伝送する技術の総称である。VoIPを使って提供される電話サービスがIP電話である。

音声がパケットになるまで

  1. マイクから入ったアナログの音声を、コーデック(G.711、G.729など)でデジタルデータに符号化する
  2. 一定の時間(パケット化周期、一般的に20ミリ秒)ごとに符号化データを区切る
  3. 区切ったデータ(音声ペイロード)にRTPヘッダー、UDPヘッダー、IPヘッダーを付けて送る
  4. 受信側は、ジッタバッファで到着間隔のばらつきを吸収してから、音声に戻して再生する

音声ペイロードの計算

1パケットに入る音声データの量は、次の式で求められる。

音声ペイロード[ビット] = 符号化速度[ビット/秒] × パケット化周期[秒]
コーデック符号化速度20ミリ秒あたりのペイロード
G.71164kビット/秒64,000 × 0.02 = 1,280ビット = 160バイト
G.729(CS-ACELP)8kビット/秒8,000 × 0.02 = 160ビット = 20バイト

ビットとバイトの換算(8で割る)を忘れないことが計算のポイントである。

ヘッダーのオーバーヘッド

VoIPのパケットには、音声ペイロードのほかに、次のヘッダーが付く。

ヘッダー長さ
RTP12バイト
UDP8バイト
IPv420バイト
合計40バイト

G.729の20バイトのペイロードに40バイトのヘッダーが付くと、パケットの3分の2がヘッダーになる。さらにイーサネットのヘッダーなども加わるため、G.729を使っても実際の帯域は8kビット/秒より大きくなる。パケット化周期を長くすればヘッダーの割合は減るが、そのぶん遅延が増える。

1通話あたりの帯域の計算例

G.711、パケット化周期20ミリ秒の場合(IPレベル、片方向)

VoIPゲートウェイ

VoIPゲートウェイは、従来の電話網(アナログ回線、ISDN、PBX)とIPネットワークの間に置き、音声信号とVoIPパケットを相互に変換する装置である。符号化・パケット化と、呼制御(SIPなどの信号と電話網の信号の変換)を行う。

品質に影響する要因

要因内容主な対策
遅延符号化、パケット化、伝送、バッファリングでかかる時間優先制御(QoS)
ジッタパケットの到着間隔のゆらぎジッタバッファ
パケット損失途中で失われたパケット帯域の確保、損失を補う処理
エコー自分の声が遅れて返ってくる現象エコーキャンセラ

これらを総合した品質の指標として、主観評価に基づくMOS値や、客観的な要素から計算するR値が使われる。

関連するプロトコル

プロトコル役割
SIP呼の開始・終了などの呼制御(シグナリング)
RTP音声データそのものの伝送
RTCPRTPの通信品質の報告

実際の試験ではここに出る!

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