CTI Beginning
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第二講 CTI通信基礎知識
2.1 概述
CTI是計算機語音集成（Computer Telephony Integration）的意思，簡單的來說，就是如何將計算機與電信網絡連接在一起并能自動化編程處理電話網絡業務的一種技術。計算機這個東西在最初設計出來的時候，設計者們并沒有為它考慮到做幾個連接到各個網絡的插口。例如，如果你想把計算機連接到局域網上，你必須在計算機上找到一個可以插局域網網線的接口，才能使計算機通過該接口與局域網連接在一起并訪問其他已連接計算機的資源（比如拷貝文件等），這個角色（提供網線插口）目前由網卡來承擔了，比如3Com的10/100M網卡。同樣地，如果你想讓計算機來接電話或通過計算機把電話打到你客戶的公司并自動的由計算機向他問好，怎么辦呢？此時你就必須首先把計算機和電話網連接起來然后再編寫程序實現接電話或打電話。可是計算機天生并沒有提供電話線的插口，于是，一些設備制造公司制造了和網卡類似的東西，但是它的目的不是和局域網相連，而是讓計算機和電話線相連。這個和網卡類似的東西就叫做電話語音卡，有的人把他叫做CTI卡，它的責任是提供一個電話線路的插口并可以將電話線插到該插口里。然后使用制造此設備的公司提供的編程函數來編寫這個語音卡的程序。
和3COM提供網卡相似，現在已經不僅僅能夠用來打電話和接電話了，還可以用來收發傳真、撥打IP電話、制作企業自動總機、語音信箱、呼叫中心以及所謂的IVR系統。IVR系統Interact Voice Response-交互式語音應答的意思，它是CTI行業里應用得最廣泛的系統，正如語音卡最初的目的是用來自動接電話和打電話一樣，IVR正是一個用來自動接電話和打電話的計算機系統，比如使用手機撥打電信客戶服務中心的電話1000號，電話打入之后你會聽到計算機對你說“你好，歡迎使用電信客戶服務中心”，當然，用市場上賣的企業總機也能實現自動應答的功能，但是，計算機提供了更復雜和更靈活的能力，它不但可以應答電話，還可以自動的收發傳真、動態的把客戶的數據記錄到數據庫等，這些能力是非計算機系統無法實現的。
2.2 電信技術概念和術語
以下提到的術語主要和模擬線路有關，其他的術語解釋請參考相關的手冊。
2.2.1 模擬信號和數字信號
我們每個家庭或公司都有電話機，并且都有一條線連接到電話機上，通過這個電話機可以打電話和接電話，一般情況下，該電話線叫做模擬電話線，因為它上面傳輸的是模擬信號，所謂模擬信號就是如果通過示波器來查看線路信號，可以看到信號隨說話人聲音的變化而變化，它是有規律變化的正弦波信號；而與此相對的數字線路就是傳輸數字信號的線路。數字線路上的信號使用示波器來看只能看到一些斷續的電流躍變，用數學的概念來說就是模擬信號是連續信號，而數字信號是不連續信號（或離散信號）。數字信號之所以不連續是因為它的信號已經被進行了A/D轉換（A/D轉換是一種使用二進制數字組來代替電流或電壓幅值的轉換辦法），A/D轉換后的信號全部被0和1的二進制組代替，因此你在示波器上當然就只能看到代表0和代表1的電壓的突變，或許3V代表1而0V代表0。
在數據和語言通信領域中，最容易被混淆的地方之一是在“模擬”和“數字”兩個詞之 間。大部分人知道“數字”是指信息以1和0的形式存在，但很少有人能將這一事實和以1 和0的格式移動語音信號這一現實需要這兩者之間作心理上的聯系。關于“模擬”這個詞， 人們可能只談及到語言通信。這里將幫助你作出并理解這兩個術語之間的聯系。讀完后，你可以知道你不僅將成為一名電氣工程師，并且能很好地理解它們。如果我們必須理解 某件東西的話，那是：模擬和數字方式是在任意媒介中傳送信息的方法。有些媒介主要適用 于模擬，還有一些適用于數字，而其他的兩者都合。這有助于理解使用不同傳輸系統的原因。
正如前面提及的，“網絡”最初的發展只是為了提供語音通信業務。AT＆T通過Bell公 司及其通信能力而建立的通信電路嚴格地使用了模擬技術。確實，它變成了一個數字世界， 但它是圍繞著語言模擬通信而建造的。那這一切是什么意思呢？
在模擬通信系統中，原始信號（在這兒是指聲音）被直接轉化成了電信號。模擬信號的特性與兩個常變量有關：信號的幅度 和頻率。電信號的強度（幅度）隨聲音的大小而變化，而電信號的頻率隨聲音的音質或音調 而改變。兩個可變量（幅度和頻率）的變化與原始聲波成正比。
一個更生動的例子是設想一些迪土高中的視覺顯示，光的顯示中能夠反映音樂并隨著音 樂而變化。在模擬通信系統中，電信號（不是光）是不斷改變的。迪士高演奏設備的燈光隨著音樂節拍而改變和閃爍。在這兒，燈光隨著信號的電氣特性而改變。在電信術語中，可以說真正的聲音是由撞擊聲波而產生的。這種聲波的撞擊實際上是空氣分子的移動。專業術語稱為壓縮和膨脹。
人聲是一種很特殊的事物。當我們說話時將產生聲音。在一個相對很短的時間周期內， 我們實際上將空氣波撞擊到一起許多次。舉個例子。先產生一個模擬正弦波，然后將其轉化為電當量。很簡單，假如能得到語音產生的聲 音并基于音質和強度對其進行修改，就可以得到這個正弦波，如果用磁場將聲音 轉化為電，這個波形就將被產生。在零電壓基準線附近將電流作360度的旋轉。零線周圍這個360度的波形被稱為一個HZ——得名于指明這一概念的電氣工程師。波形在零線開始，并 隨著能量的增加而上升，最終達到一個峰值后便開始下降；電能也將從這一高度下降至零線，且繼續在零線下降．直到零線下的一點（這被稱為波形的負側）。繼續至這一側的峰值電壓后能量也將到達峰值，并開始向零線回升。波形完成了一個360度的完整周期，一個 完整的周期構成1HZ。
人的聲帶能以每秒100到5000次的速度將聲波撞擊到一起。簡而言之就是人聲每秒可 產生高達5000個周期。當轉化為電當量后就有5000HZ。為了避免麻煩可簡寫為5kHZ （意 味著“干”）。有了電當量，我們就有了聲波的類比或模擬。這是一個不停變化的值或電能。 幅度和頻率每秒都將變化100～5000次。這是電話公司在電信業的開始時所會處理的。然而后來他們又發現人聲每秒將產生300～3300個周期變化，或者以3kHZ的電周期作為標準 。和任何通信信道容量一樣，電話公司不想也沒必要給用戶提供得太多，剛好滿足能運載語音對話就可以了。這些年來，隨著網絡的擴展，電話公司將通話帶寬限制在3kHz信道容量。這主要是基于成本上的考慮。給定了受限的帶寬，我們怎樣經過網絡進行對話并產生合 適的原始語言復原信號呢？并且怎樣做才更便宜呢？產生的頻率范圍是從300～33001KHZ。電話公司因此也限制我們僅在此范圍內使用信道。在使用射頻（RF）頻譜時，電話公司 將所有容量分為4kHz的塊。在每一個41KHZ塊（電線或無線電信道）上，他們安裝了300到 3300壓的頻率帶通濾波器。落入RF頻譜分配區內的任何信號都可以通過。區域外的任何信號 都將被濾除掉。這稱為限帶信道。因為語音最高可達51’riz，所以也存在對話中超過了這一頻 率范圍（如有S和P音的單詞）并被濾波器削平的情況。這可能聽起來不太合理，但它確實會 使線路有點不清楚。人耳和電話機都沒有足夠的靈敏度，因而也不會有太大的問題。一旦聲音 的電當量被產生了（通過電話機或其他設備），電就被送到了線路。
當通話在線路上進行時，線路對電信號的電阻將減小它的幅度。信號會變得越來越弱。 能量的損失將最終導致電能全部被吸收，或使信號不能被識別，這稱為電信號的“衰減”。 在信號被消耗完和消失之前只能傳輸一定的距離。可比喻為一個接力運動員的訓練，運動員 盡全力地繞著 1／4英里的跑道跑，當運動員到達 1／4英里的終點時，所有的力量和能量已經 耗盡，運動員也精疲力竭了。假如沒有人去接棒，他不得不繞著跑道再跑下去， 那么第二圈將永遠跑不完。也就是說這個運動員將繞著跑道跑直到失去知覺倒在地上為止。 為了保持信號在線路上傳輸，人們使用放大器來增強信號強度。這些放大器 通常的間隔為 15 000～18000英尺。一般情況下，在用戶位置和電話中心局之間只需要一個放大器（最多兩個）。中心局通常離用戶位置較近，平均只有5～7英里。只有在偏遠的位置才離中心局較遠。
發生在線路上的第二種現象與傳輸同在。噪聲（由線路損耗、電線破損、閃電、電感 應、熱等因素引入的）以白噪聲或懂懂聲的形式存在。它們同時開始并導致信號的變差。噪 聲總是存在干線路上，電纜故障會使它增大，進而導致信號變差。不幸的是，隨著信號在線 路上的傳輸，噪聲和倍號開始混雜在一起。放大器不能從實際的對話中將噪聲辨別出來。因 此放大器不僅增強了信號，它也增強了噪音。這樣就產生了更強、但也更嘈雜的信號。而這 些信號又導致極為嘈雜的電路。放大的結果隨著距離而積累。放大器使用得越多，最終得到的信號就越差。許多長話線路被不斷地放大。這并不意味著電話公司不想做得更 好，而是與設備、電氣性能和經濟三者的組合有關系。
有意思的是如果模擬技術仍然正在被廣泛使用的話，一些數字信號處理（DSP）中的最新進步可以用來在一定程度凈化被放大的語音傳輸。但一種產生純信號的更好的方法在許多年以前就得到了發展。
關于這些知識可以參考大學通信專業的《數字信號處理》一書，該書上對信號如何轉換有詳細的講解。
2.2.2 模擬線路和數字線路
模擬線路就是承載模擬信號的線路而數字線路就是承載數字信號的線路。電信通信網是一個多層結構的復雜網絡，它是模擬線路與數字線路的混合體，一般情況下，到用戶的電話線（用戶線路）是模擬信號的，而電話局與電話局之間（局間線路）的線路有各種形式，模擬、數字線路都有。而數字線路上又可以承載很多具體的業務應用，比如ISDN、中國No.1號線路、中國No.7號線路等等。它們使用數字信號來傳輸信息。由于通信雙方必須遵照某個標準來進行通信，為了通用，國際上對這些信號的含義制定了具體的標準，很多國家在使用由CCITT建議的系列標準。在計算機領域把這些標準稱為協議，比如TCP/IP協議、H.323協議等等；而在電信領域則被叫做信令。比如中國No.1號信令、中國7號信令等。其實信令和協議基本是一樣的含義，一般情況下可以把它們等同來理解。
2.2.3信令的基本概念
如果要詳細的來描述信令，可能需要更厚的一本專門的書才能做到。在本節里，我們只簡單地對信令的基本知識做講解，以使得我們在做模擬卡的程序開發之前，對模擬線路的通信方式和相關的信令有一點清楚的認識。相反的，如果說得太多了就有可能會喧賓奪主，由于本書的目的是一個逐步漸進引導學習的過程，不可能羅列太多的概念，起結果不但不能使學習過程更輕松，反而會適得其反使概念更模糊不清。
上一個小節提到了，信令是通信雙方用來控制通信過程的一種手段。下面舉例來說明一個典型的信令過程：
Ø 當用戶把電話聽筒摘起的時候，電話機便向交換機發出一個摘機信號
Ø 交換機接收到此信號后，向用戶的話機送撥號音“嗡……”
Ø 此時開始撥號，并等待對方振鈴
Ø 對方摘機，通話開始
Ø 通話完畢，掛機
Ø 系統釋放線路的占用，恢復原樣
在上面的過程里所提到的摘機、允許撥號信息和被叫的回鈴音等等，主要是用來建立雙方的通信關系，象這種用以建立、維持和解除通信關系的信息被統稱為信令。
一個用戶在通過用戶設備、交換設備、傳輸設備和另一用戶通信的過程中，要用到許多的信令，為了更深刻的描述這一過程，下面使用圖示來說明兩個用戶間如何通過交換局來進行通信的例子：
主叫電話
被叫電話
發端局
終端局
用戶線 中繼線 用戶線
摘機信令
撥號音
撥號 占用信令
選擇信令
回鈴音 振鈴信令
應答信令 摘機應答
通話過程
復原（掛機） 后向掛機信令 復原（掛機）
前向拆線信令
拆線證實信令
用戶信令
局間信令
通話持續過程
用戶通話流程
如上圖所示：
Ø 當主叫用戶摘機時，摘機信令被發送到發端局
Ø 發端局立即向主叫送撥號音，用戶開始撥號，送出撥號信令
Ø 發端局根據電話號碼選擇路由和中繼線路，向終端局發送中繼占用信令
Ø 占用證實后發端局將被叫號碼發送到終端局
Ø 終端局根據被叫的線路狀態對被叫的線路震鈴，并給主叫送回鈴音或忙音
Ø 當被叫摘機時，摘機信令從被叫送到終端局并被轉發到發端局，開始記費
Ø 雙方開始通話
Ø 如果被叫用戶先掛機，掛機信令由終端局發向發端局，發端局通知主叫掛機；如果主叫先掛機，發端局向終端局立即拆線并發送一個拆線信號給終端局，通知終端局拆線，終端局拆線后發送一個拆線證實信號給發端局
Ø 一切設備復原
以上一個簡單的通信模型，實際情況要比這個復雜得多。傳輸的信令數據的格式可能有所不同，比如直流脈沖、音頻編碼、分組消息等。
用來規范化信令傳輸過程的規則叫做信令方式。
用來完成特定信令方式的全體通信設備總稱為信令系統。
2.2.4 信令的分類
可以將信令分為以下三類：
1. 按照信令的傳送方向 – 分為前向信令和后向信令兩類。在通信過程中，主叫發出的信令叫做前向信令，發向主叫的信令叫做后項信令，區別如下：
主叫發出信令 – 前向信令
主叫接收信令 – 后項信令
被叫發出信令 – 后項信令
被叫接收信令 – 前向信令
2. 按照信令的工作范圍
按照工作范圍，可將信令分為用戶線信令和局間信令兩類。
用戶線信令 - 也可叫用戶信令，它是用戶和交換局間使用的信令，它們在用戶使用的模擬線路上傳送。用戶線信令主要包括：用戶狀態信令，選擇信令、鈴流和信號音。用戶狀態信令是由電話機的叉簧產生的，它閉合或切斷支流電路，用以啟動和恢復巨內設備，包括摘機信令和掛機信令，是直流信號；選擇信令是用戶撥出的被叫用戶的電話號碼數字信令，在使用號盤話機及直流脈沖話機的情況下，發出支流脈沖信令；在使用多頻按鍵話機的情況下，發出雙音多頻信令（即DTMF信令）；鈴流及信號音是交換機向用戶設備發出的震鈴信號或在話機的受話器中可以聽到的聲音：撥號音、回鈴音、忙音、長途通知音、空號音等等。用戶線比較簡單，長期以來這部分信令的內容及功能一直沒有大的變化。
局間信令 – 是交換機與交換機之間傳輸的信令，這中信令比較復雜，這種信令包括
了監視、選擇和網絡管理三種功能。此處不做討論。請參考相關的書籍。
3. 按照信令的傳送信道
按照信令傳送的信道來劃分可分為隨路信令（CAS）和公共信道信令（也叫做共路信令方式）。
如上面所說在模擬信令中，撥號和電話機按鍵信息使用兩種方式的信號方式，脈沖和DTMF信令，一般現在的電話機都可以使用脈沖和DTMF信令兩種方式，由于這兩種方式在模擬卡編程中是一個重要的概念，我們使用下一節來講解。
2.2.5 脈沖撥號和DTMF撥號
脈沖就是通過話機控制開關電流來形成直流脈沖的一種傳送數字信息的方式；所謂DTMF是指Dual-Tone Multiple Frequence（雙音多頻）的意思，它是由兩個不同頻率的信號音來組合成一個信號音而成的。
模擬用戶線路使用脈沖和DTMF來傳輸代表電話鍵的信號。下面是這些信號音的列表：
2.3 計算機語音技術相關標準
CTI跨越計算機與電話兩個領域，怎樣將它們結合起來，怎樣為它們的結合創建新的平臺開發軟件？標準無疑成為CTI發展中最至關重要的因素。
ECMA在1988年開始制定在計算機與交換機之間使用的標準協議，被稱為計算機支持的電信應用（CSTA），這項標準的第一版和第二版分別于1992年和1995年得到了批準，該項標準側重于程控交換機客戶端的CTI解決方案。目前，CSTA已成為PBX和ACD等專用領域內的主導標準。
1989年，美國國家標準學會開發了交換計算機應用接口（SCAI），SCAI的第一版和第二版分別于1993年和1995年得到批準。該項標準特別側重于程控交換機中公共網絡（Centrex）方面的CTI解決方案。目前，這一協議的研究工作已停，其功能略遜于CSTA，但它的定義更為嚴格。
ITU曾致力于開發一種國際解決方案：TASC———用于交換機和計算機的電信應用，由于種種原因，TASC行動于1994年被束之高閣。
目前，CTI領域中最多的標準還是應用編程接口（API）。提供者既有計算機硬件廠商，如IBM的CallPath和Tandem公司的CAM，又有軟件供應商，如微軟的TAPI和Novell的TSAPI，也有一些交換機供應商。
微軟的Windows Telephony API就是用Windows應用程序控制通信設備，如PBX等。TAPI提供了各種級別的功能：從簡單的電話到全面擴展的電話。Windows 3．X將TAPI作為開發人員的工具箱提供；Windows 95和Windows NT將TAPI作為其標準組件提供。
由于Novell公司目前在局域網操作系統市場上的統治地位，Novell電話服務APT（TSAPI）十分重要。TSAPI是Novell與AT＆T合作開發的，適用于26種交換機，于1992年發布。TSAPI是用于CTI的客戶機／服務器方案，建立于CSTA協議定義基礎之上。
IBM公司的CTI API是CallPath服務架構（CSA）的一部分，1994年，發布了支持客戶機、服務器操作的升級版本。目前，CallPath支持的交換機數量最多，而且IBM的交換服務器中的交換接口軟件很可能會形成Versit TSAPI的基礎。
盡管TAPI具有一些媒體控制功能，但上述API均著重致力于電話控制。媒體控制包括從設置一個語音識別資源的能力，到對視頻顯示選擇的控制。在這方面，專注于CTI的廠商Dialogic以其信號處理系統架構（SCSA）開始從事這一領域的研究工作。1995年，標準被提交給新成立的企業計算機電話論壇（ECTF）。該論壇由范圍廣泛的CTI廠商組成，這些廠商共同對SCSA進行了開發和改造，將其發展成為一種媒體控制API標準，稱為S．100，于1996年發布。媒體控制API的主要應用領域是建立基于PC機的媒體處理系統及基于PC機的語音處理系統的開發。
1994年，AT＆T、Apple、IBM和Siemens公司組成一個名為Versit的業界組織。該組織的目標是共同開發一種用于CTI的客戶機／服務器架構，并將涵蓋電話、PBX、計算機、網絡、服務器和PDA的標準，它的目標還擴展到實現個人數據產的交換和來自不同廠商的語音、公告板和視頻產品的相互連接。Novell公司則與Versit共同開發了Versit TSAPI。目前，Versit TSAPI或S．100能否成為業界的標準尚不清楚。
在多媒體通信中，還有一個重要的業界組織就是國際多媒體電信會議協會（IMTC），IMTC的基本目標就是將所有參與多媒體電信會議產品和服務開發的組織聯合起來，幫助制訂所要求的標準并推動它的廣泛采用。該協會提供了對ITU所采納的H．320和T．120系列電信會議標準的地支持，還準備為T．120和H．320通信協議開發API。