IP電話的話音質(zhì)量保證技術(shù)

2019-11-03 10:12:13

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供稿：網(wǎng)友

ip電話的話音質(zhì)量保證技術(shù)（夏澤華） IP電話利用IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）在互聯(lián)網(wǎng)上傳送話音。IP技術(shù)是一種面問非連接的分組交換技術(shù)。它的通信資源的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)技術(shù)，通信費用也低得多，其最成功的應(yīng)用就是互聯(lián)網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)采用的是交互式的網(wǎng)絡(luò)體系和開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用分組交換和路由技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，并有效地降低成本。因此，IP技術(shù)是實現(xiàn)語音、圖像、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的最佳方案。然問，最初為數(shù)據(jù)報業(yè)務(wù)而設(shè)計的IP只負(fù)責(zé)主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，不進行檢錯、糾錯。因此，經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。為保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，入們將TCP用于IP數(shù)據(jù)報的傳輸，提高了接收端的檢、糾錯能力。當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)包丟失或錯誤時，要求發(fā)送端重新發(fā)送，這樣不可避免地會引起傳輸延時和占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。因此，傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)在傳輸實時音頻、視頻方面的能力較差。為了使IP網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸非實時數(shù)據(jù)信息，也能傳送實時多媒體信息，目前已有了一些技術(shù)方案。ITU、IETF等已開始起草了一些IP實時通信的作準(zhǔn)。如實時傳輸協(xié)議／實時控制協(xié)議（RTP／RTCP）、資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）等。這些技術(shù)方案具體可劃分如下：（1）避免丟失（RTP／RTCP，RSVP）；（2）丟失重建（冗余萬案）；（3）丟失緩和（交織，隱藏，自適應(yīng)打包／隱藏）。 RTP／RTCP RTP／RTCP付于用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）層之上，負(fù)責(zé)多媒體數(shù)據(jù)的傳送。RTP／UDP沒有TCP那么可靠，并且無法進行資源預(yù)留及實時業(yè)務(wù)的質(zhì)量保證，需要RTCP實時監(jiān)碎數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)質(zhì)量。由于UDP的傳輸時過小了TCP，故能與合、視頻流很好地匹配，同此，實際應(yīng)用中，RTP／RTCP／UDP多用于音、視頻媒體，而TCP主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)和控制信令的傳輸。 RSVP IETF開發(fā)的RSVP在現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)帶血傾留，為實時青、視頻業(yè)務(wù)保留帶寬并設(shè)置隊列管理。它裝在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（終端、路由器、交換機）中，以確保端到瑞的傳輸帶寬。當(dāng)終端需要在一條路徑上預(yù)留帶寬資源時，希望向目的地發(fā)出一條路徑信息，該信息向該路徑．上的所有節(jié)點（主要是路由器）申請預(yù)留帶寬資源，同時此信息還包含有關(guān)數(shù)據(jù)流的信息，如平均速率、數(shù)據(jù)包長度等。當(dāng)節(jié)點收到路徑信息后，通過分析信息中的數(shù)據(jù)流信息，確定保留所需帶寬資源。如果節(jié)點可用資源不足，則拒絕申請；否則設(shè)置隊列管理，同時將路徑信息發(fā)給下一個節(jié)點。因此，RSVP可以根據(jù)不同的應(yīng)用分配帶寬，有效地減少傳輸時延，保證實時傳輸。冗余法冗余（Redundancy）機制是往發(fā)送當(dāng)前包時攜帶更早些的包的信息。這里建議使用兩種方法：（1）信源編碼冗余，即重復(fù)發(fā)送相同的信號數(shù)次。（2）信道編碼兒余，采用正向糾錯編碼（FEC）的方法。不過，這些方法并沒有考慮語音信號的特性，相對地增加傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。但是，對突發(fā)的包丟失這一方案是很有用的。交織法交織法（Interlcaving）是提高語音信號的可聽度的一種簡單方法，即在不同的包中發(fā)送同一信號段，因此分散了丟失包的影響。有以下幾種方案：（1）單元交織法（UnitInterleaving）：語音信號被劃劃分為大小為L/I（L是包的大小，I是每個包中的單元數(shù)）的單元。然后每隔1個單元裝人相同的包，直到裝滿后發(fā)送。當(dāng)某一個包被丟失時，除了單元大小的“時隙”的信號被丟失外，其它“時隙”的信號仍存在，結(jié)果減少了可聽度的失真。（2）樣本交織法（SampleInterleaving）：將波形編碼器的連續(xù)樣本分放在兩個個不同的包中。這樣當(dāng)一個包丟失時，至少收到另一個，并且丟失的樣本可用插值法恢復(fù)。不過，這一方案僅與波形編碼器一起工作，且丟失一個包時對長度為2L的語音段的影響較大。交織法在接收端須新排序，因此交織法需較長的反應(yīng)時間。隱藏法語音信號可粗略地劃分為有聲段和尤聲段。有聲段的信號呈現(xiàn)很強的周期性。當(dāng)打包時，相鄰包的內(nèi)容很相似。隱藏法（Concealment）就是利用這一特性來處理當(dāng)前包丟失時近似地填充這一間隙。通常，隱藏法在轉(zhuǎn)換器上沒有引入附加機制，幫很適合于異質(zhì)多波環(huán)境。這意味著發(fā)送端可以使用不同的音頻工具，接收端可根據(jù)特定的質(zhì)量要求減少丟失，但只適用于孤立的小媒體包（信號呈準(zhǔn)周期特性，只有當(dāng)語音信號段小于40ms時）的丟失。要得到高質(zhì)量的語音輸出，在該時隙之后還須有大量的成功接收的數(shù)據(jù)包，因此導(dǎo)致輸出時延。若固定打包存在間隔，則某些部分信號由于無法覆蓋丟失的整個音素而不能隱藏。自適應(yīng)打包/隱藏自適應(yīng)打包（Adaptive Packetization）是發(fā)送端的算法將來自音頻輸入設(shè)備的PCM樣本送到樣本緩沖器中，在自相關(guān)函數(shù)的最大值的位置返回。輸入緩沖器指針控制樣本移動，在返回時形成一個塊。若在信號中找不到周期性，則信號的內(nèi)容是非語音或雜音。因此，這樣可檢測到語音轉(zhuǎn)換。為了防止發(fā)送IP所禁止的報頭，將兩個連續(xù)的塊裝入一個包。當(dāng)檢測到有聲音/無聲音時，將該轉(zhuǎn)換塊一分為二，如果包中只含前面的半愉，則將該塊作為一個包發(fā)送。當(dāng)無聲音/有聲音轉(zhuǎn)換時，則測試當(dāng)前塊與前一個塊的后向相關(guān)。若此時已經(jīng)包含了聲音數(shù)據(jù)（由于前向處相關(guān)計算），則將前一個塊一分為二，對這一問題的解決方法是保留兩個無聲音的塊，并檢查第三個塊是否發(fā)生了無聲音/有聲音轉(zhuǎn)換。用上述算法，“較重要”有聲語音在較小的包中發(fā)送，因此即使沒有隱藏，所導(dǎo)致的丟失影響要比用固定包尺寸時的影響要小。為了能在接收端隱藏丟失，還必須在包內(nèi)傳送附加信息——包內(nèi)兩個塊之間的界限。當(dāng)接收端檢測一個丟失包時，由于在發(fā)送端預(yù)處理過了，接收端可假定丟失包的塊與鄰近的塊相似，避免隱藏信號的不連續(xù)性，鄰近的塊被復(fù)制并被再抽樣以準(zhǔn)確地符合丟失塊的長度。其塊長度由包長度和包內(nèi)塊邊界給定。因為丟失包的大小和鄰近的塊可能只略有不同。所以，覺察不到明顯的影響。本文介紹了IP電話的質(zhì)量保證技術(shù)。有些是ITU或IETF已制定的協(xié)議；有些則是正在研究的方案。其中自適應(yīng)打包/隱藏技術(shù)經(jīng)實驗證明對單個包丟失的恢復(fù)是相當(dāng)有效的，它能夠恢復(fù)丟失50%的話音。在目前的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境里，這一方案無疑將成為最佳方案。

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