【正文】 供可靠性檢查，作為端到端的第四層也要進行檢驗來確保在中間的傳輸過程中沒有機器出故障。由于傳送時的差錯破壞數(shù)據(jù)，還需要差錯檢測機制 (如幀的校驗和 )。在協(xié)議軟件的分層中存在兩個協(xié)議分層模型 ： 一 ． 國際標準化組織 ISO 所制定的開放系統(tǒng)互連參考模型，通常被稱為 OSI 模型。一個廣域網(wǎng)可以允許通信的終點在任意遠的地方。 (3)介紹 DSP 原理和結構，主要是 TMS320C642，此部分是作為語音編碼的核心器件。 IP電話網(wǎng)絡同時支持語音、數(shù)據(jù)、圖像的傳輸，為將來全面提供多媒體業(yè)務打下基礎。 IP 電話網(wǎng)繼承 了計算機網(wǎng)的智能模塊，可以靈活地控制信令和連接，有利于各種增值業(yè)務的開發(fā)。電路交換電話消耗的帶寬為 64kbit/s，而 IP 電話只需68kbit/s(甚至低于 )，從而節(jié)省了帶寬，降低了成本。造成這種情況的原因是因為網(wǎng)絡環(huán)境尚不完善，帶寬不足，網(wǎng)絡接口尚不能直達用戶等。 PC到 PC:多媒體 PC 經(jīng)過電話線或局域網(wǎng)連接到 Inter 上，利用 IF 地址進行呼叫，語音壓縮、編解碼和打包均利用 PC 上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源通過軟件方式來完成。與此同時， 7 IETF 也積極制訂了 IP 電話通信的網(wǎng)絡協(xié)議即基于 SIP(Session Initiation Protocol)的控制協(xié)議。由于在廣域網(wǎng)上進行分組話音通信的時機尚不成熟，八十年代的研究主要集中在局域網(wǎng)上的話音通信，而 IP 電話技術的迅速發(fā)展是在九十年代以后，特別是在 1995 年初，以色列VocalTec 公司開發(fā)出可以通過 Inter 打長途電話的軟件產(chǎn)品 ‘ Inter Phone ’ ，只要在多媒體 PC 上安裝該軟件，就可以通過 Inter 和其它安裝同樣的軟件的聯(lián)機用戶通話。但是分組交換技術應用于話音通信就并非那么簡單，國際上自七十 年代初就開始進行分組話音通信的研究，但其目的并非 出于經(jīng)濟上的考慮，而是源于軍事通信的需要。分組交換技術的兩大要素 :一是采用長度受限、結構統(tǒng) 6 一的分組作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝?，每個分組的頭部帶有地址、序號、校驗碼等信息，供節(jié)點作檢錯校錯、排隊、選路等處理，數(shù)據(jù)部分則透明 傳送。 隨著計算機技術的不 斷發(fā)展，尤其是 Inter 網(wǎng)絡不斷完善，基于分組交換的數(shù)據(jù)通信成為最重要的通信方式。缺點是網(wǎng)絡帶寬利用率不高，無論用戶是否處于講話狀態(tài)，分配的電路始終被占用。而歷史最為悠久、目前應用最為廣泛的就是公眾電話網(wǎng) (PSTN )，其是基于電路交換技術，基本特點是為通話雙方固定分配一條具有固定帶寬的通信電路，在數(shù)字網(wǎng)中電路帶寬為 64kbit/s。 TLV320AIC23。 TLV320AIC23。采用 DSP(TMS320DM642)和以太網(wǎng)接口電路 (Intel LXT 971)設計了網(wǎng)絡電話終端的硬件電路。采用 TCP/IP協(xié)議對語音包進行封裝打包從而達到網(wǎng)絡通信的目的， 實現(xiàn)了語音信號的計算機網(wǎng)絡傳輸。 TCP/IP 協(xié)議 。 TCP/IP protocol 。一次通信包括建立電路、通話和釋放電路三個過程，其中電路建立和釋放需要信令的支持。據(jù)統(tǒng)計，在正常的通話情況下，大約只有 40%的時間為有聲期，其余時間電路均為空占。而數(shù)據(jù)通信與話音通信相比具有完全不同的特性和要求 :首先，數(shù)據(jù)通信具有很強的突發(fā)性，表現(xiàn)為在短時間內會集中產(chǎn)生大量的信息，突發(fā)性的定量描述為峰值比特率和平均比特率之比，對于一般的數(shù)據(jù)傳輸，突發(fā)性可高達 50，如果采用電路交換，若按峰值速率分配電路帶寬，則會造成資源嚴重浪費，若按平均速率分配帶寬，則會造成大量數(shù)據(jù)丟失 。二是采用存儲轉發(fā)機制，每個節(jié)點首先將前一節(jié)點送來的分組收下，暫存在緩沖區(qū)，然后根據(jù)分組頭部中的地址信息選擇適當?shù)逆溌穼⑵渌椭料乱还?jié)點。由于軍事通信系統(tǒng)要求可靠性高，網(wǎng)絡可以重構，因此基于分組交換技術的網(wǎng)絡被軍方青睞，該網(wǎng)絡不但需傳送數(shù)據(jù)，還需傳送口授命令等話音信號。這個技術上的突破引起了全世界的矚目，同時，其背后的無限商機也使得許多研究機構、國際標準組織、產(chǎn)品制造公司開始進行此項技術的研究，從而使 IP 電話技術得到迅速的發(fā)展。 電話到電話 :就是普通電話經(jīng)過電話交換機連到 IP 電話網(wǎng)關，用電話號碼通過 IP 網(wǎng)進行呼叫，發(fā)端網(wǎng)關鑒別主叫用戶， 翻譯電話號碼 /網(wǎng)關 IP 地址，發(fā)起IP 電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關，并完成語音編碼和打包。 從目前應用的 IP電話的接入方式看，都必須經(jīng)過 PSTN 接入到語音網(wǎng)關，經(jīng)網(wǎng)守等管理服務器的一系列認證，再 進行呼叫、接通和通話。但是，隨著網(wǎng)絡的不斷擴展和新技術的出現(xiàn)，高速寬帶網(wǎng)絡技術，如 ATM, FR, FD DI、快速以太網(wǎng)以及高速接入網(wǎng) ADSL, VDSL, SDV, HFC 等，尤其現(xiàn)在很多新型的小區(qū)都已經(jīng)將網(wǎng)絡接口接入到家庭用戶，以前的 IP 電話接入技術已不太適合這 些擁有網(wǎng)絡接口直接上網(wǎng)的群體，人們需要的是一種設備終端可以直接上網(wǎng)打電話，而不需要經(jīng)過公用電話網(wǎng) PSTN，這種設備終端就是 IP電話機。 (2)通話費用低。 8 (4)開放的體系結構。 本論文的主要工作 本文研究的是基于 DSP 網(wǎng)絡電話終端的語音傳輸?shù)难芯?，主要工作分以下幾部分 : (1)介紹 IP 網(wǎng)絡及相關的 TCP/IP 協(xié)議， IP 網(wǎng)絡是 IP 電話的主要載體，采用的是基于分組交 換，這正是 IP 電話與傳統(tǒng)電話的最大不同之處，通過兩者的 比較分析，更清楚地了解 IP 電話的優(yōu)點和使用價值。 (4)重點介紹 IP 電話的語音傳輸?shù)能浖崿F(xiàn)過程，包括語音的數(shù)模轉換，壓縮編碼，以及打包封裝等過程。通常，廣域網(wǎng)運行的速率比局域網(wǎng)的低，而且在連接之間有更大的時延，可從幾毫秒到十分之幾秒。 :定義了主機與分組交換機之間物理連接的標準，兩臺機器之間分組傳輸?shù)牧鞒?，包括對電壓和電流等電氣特性值的?guī)定。還有傳輸是不可靠的，也要定義互相 交換確認機制，使得兩臺機器能夠知道是否傳輸成功。 :描述了協(xié)議軟件應該如何組織，以便提供應用程序所需的功能。 TCP/IP 軟件是由四個構筑在第五層即硬件層上的概念性層次構成的。運輸層要系統(tǒng)地管理信息的流動，還要提供可靠的傳輸?shù)膫鬏敺找源_保數(shù)據(jù)無差錯的，無亂序的到達，為了達到這個目的，運輸層協(xié)議軟件要進行協(xié)商，讓接收方回送確認信息及讓發(fā)送方重發(fā)丟失的分組。該層把分組封裝到 IF 數(shù)據(jù)報中，填入數(shù)據(jù)報的首部 (也稱報頭 )，用路由算法來選擇是直接把數(shù)據(jù)報發(fā)送到目標機還是把數(shù)據(jù)報發(fā)給路由器，然后把數(shù)據(jù)報交給下面的網(wǎng)絡接口層中的對應網(wǎng)絡接口模塊。 :這是 TCP/IP 協(xié)議軟件的 最底層，它負責接收 IP 數(shù)據(jù)報和把數(shù)據(jù)報通過選定的網(wǎng)絡發(fā)送出去。應用程序和在 Inter 層之上的所有協(xié)議軟件只使用 IP 地 址，而網(wǎng)絡接口層處理的是物理 地址。第三，除了數(shù)據(jù)格式和路由選擇的精確而正式的 定義以外， IP還包括了一組嵌入了不可靠分組投遞思想的規(guī)則。 UDP 提供的協(xié)議端口能夠區(qū)分在一臺機器上運行的多個程序，每個 UDP報文不僅傳送用戶數(shù)據(jù)，還包括發(fā)送方和接收方的協(xié)議端口，這使得接收方的UDP 軟件能夠把報文送到正確的接收進程，而接收進 程也能回送應答報文。應用程序與 TCP/IP 可靠傳輸服務之間的接口可以用五個特征來表示 : ①面向數(shù)據(jù)流 :當兩個應用程序 (用戶進 程 )傳輸大量數(shù)據(jù)時，將這些數(shù)據(jù)當做一個可劃分為八位組的比特流。 ④無結構的數(shù)據(jù)流 :TCP/IP 協(xié)議并未區(qū)分結構 化的數(shù)據(jù)流，所以使用數(shù)據(jù)流服務的應用程序必須在開始連接之前就了解數(shù)據(jù)流的內容并對其格式進行協(xié)商。 控制協(xié)議 (RTCP) 13 RTCP 是 RTP 緊密相關的部分，用于監(jiān)視服務質量和傳輸對話中成員信息。 數(shù) 據(jù)的封裝 :語音數(shù)據(jù)在互連網(wǎng)絡中傳輸時要封裝到 IP 數(shù)據(jù)報中，圖 和圖 。 (1)比 特率 降低比特率是話音編碼的首要目標 ,它直接關系到傳輸資源的有效利用和網(wǎng)絡容量的提高。根據(jù)統(tǒng)計 ,雙方通話大約只有 40%的時間是真正有聲音的 ,因此一個自然的想法是采用通 /斷二狀態(tài)編碼尸通狀態(tài)對應有聲期 ,采用固定比特率編碼 。一是有聲檢測 (VAD 一 Voice Activity Detection),主要用于確定輸入信號是話音還是背景噪聲 ,其難點在于正確識別話音段的起始點 ,確保話音的可懂度。某些算法還需要知道下一幀的部分數(shù)據(jù) ,稱之為“前視”(Look head)。通?？烧J為計算時延等于或略小于幀長 ,以確保下一幀數(shù)據(jù)到齊后 ,當前幀已處理完畢。編碼器發(fā)送之前和解碼器解碼之前 ,必需將整個數(shù)據(jù)塊的所有比特都裝配好。 (3)復雜度 復雜度決定了編碼器硬件的成本和功耗 ,也影響到編譯碼器的實時性。以及所需的 RAM 容量。 IP 網(wǎng)絡電話一般選用中低復雜度的低比特率編碼。 目前常用的 3種主觀評測法是 : (1)診斷性音律測試 (DRTDiagnostic Acceptability Measure)法 :用以測量恢復話音的可懂度。由 20一 60個非專職測試者對所聽的話音進行綜合打分 ,然后進行統(tǒng)計分析。 語音編碼根據(jù)編碼原理主要分為波形編碼和參數(shù)編碼兩種。量化就是將連續(xù)的模擬波形劃分為若干離散的區(qū)域 ,以便用數(shù)字形式表示每個抽樣值。 PCM 編碼雖然能夠提供相當好的長途通信級語音質量 ,但由于其速率過高 ,尤其在多媒體應用以及在共享信道的數(shù)據(jù)網(wǎng)中應用時 ,采用 PCM傳送話音占用的網(wǎng)絡帶寬資源過高 ,所以人們提出了許多改進技術 ,以降低話音編碼的速率 ,或者說在同樣的碼率下可以進一步提高話音的質量。因此一個自然的想法就是設計一種編碼方法 ,對此差值進行編碼 ,而不是對抽樣值本身進行編碼 ,這樣所需的比特率必然可以下降 ,這就是差分脈沖編碼 (DPCM)。它可用于 PCM、 DPCM 和 DM。由于話音信號的自相關函數(shù)大體是隨音節(jié)而變化的 ,也就是在一個音節(jié)時間內自相關函數(shù)基本不變 ,只是從一個音節(jié)至另一音節(jié)時才有較明顯的變化 ,因此 ,自適應預測都采用音節(jié)適應算法。和差分編碼類似 ,這 N個抽樣值可以直接取自于輸入信號 ,由緩沖寄存器暫存 ,也可以由量化后的差分信號反饋后重構生成。波形編碼的基本思路是忠實地再現(xiàn)話音的時域波形 ,為了降低比特率 ,可以充分利用相鄰抽樣點之間的信息冗余性 ,對差分信號進行編碼 ,在不影響話音質量的前提下 ,比特率可降至 32kbit/s。而且由于話音信號變化是緩慢的 ,一個音素要持續(xù)相當長一段時間 (相對于抽樣周期而言 ),因此模型參數(shù)的更新頻度較低 ,不但可以利用抽樣值間的相關性 ,還可以充分利用幀與幀之間的信息冗余性以及更長時間段中的音源信息冗余性 ,有效地降低編碼比特率。波形編碼的設計要求是獲得盡可能高的信噪比 (SNR)。參數(shù)編碼的基本出發(fā)點是根據(jù)確定的成音模型確定模型參數(shù) ,雖然 LPC 聲碼器也是通過殘差信號的最小化進行計算的 ,但是其著眼點是要求模型參數(shù)的最佳值 ,而并非 SNR 的最大化。 19 圖 折線逼近的壓縮方程曲線 x為壓縮器歸一化輸入電壓； y為壓縮器歸一化輸出電壓； A 為常數(shù)，決定壓縮程度 ； 4 IP 電話原理及技術 lP 電話基本原理 IP電話是通過 Inter/Intra等互聯(lián)網(wǎng)絡來傳遞語音信息的 ,該系統(tǒng)包括終端設備、網(wǎng)關、多點接入控制單元 (MCU)和網(wǎng)絡管理者等部分。 IP 電話的關鍵技術 IP 電話的關鍵技術包括分組語音技術、語音編碼和壓縮技術、靜音檢測、分組丟失補償和回波抵消等。 無論對實時的應用 (如 IP電話 )還是非實時的應用 (如語音郵件 ),發(fā)送端語音都要經(jīng)過模擬信號 — 數(shù)字信號 — 語音包的處理過程 ,并在接收端對語音包進行相反處理 ,從而得到與輸入端相同的語音信號。其次 ,把語音包按接收器 A/D 轉換 壓縮編碼器 IP 封裝 /發(fā)送器 Inter 播放器 D/A轉換 壓縮解碼器 IP 解包 /接收器 21 照特定的幀長進行編碼。最后網(wǎng)絡處理器為語音包添加包頭、時標和其它信息后通過網(wǎng)絡傳送出去。這里也可按幀進行操作 ,完全和編碼器的長度相同。這個過程需要先進行數(shù)字編碼 ,轉換為 PCM碼 ,然后經(jīng)過專門的 DSP芯片進行數(shù)據(jù)壓縮 ,最后再打上 IP 包的標記 ,形成 IP 數(shù)據(jù)包的形式 ,以適合 IP 網(wǎng)絡上的傳輸帶寬 ,其中涉及到 PCM、 DSP、編碼、壓縮等內容。線性編碼和非線性編碼 。網(wǎng)絡設備中引入了 DSP 技術 ,使得交換以太網(wǎng)和快速交換以太網(wǎng)變得更快、更便宜、也更容易升級。進入九十年代后 ,DSP 技術 發(fā)展十分驚人 ,目前已成為不少新興科技的主要推動力 ,其中包括電信和多媒體技術 ,以 DSP作為主要元件 ,再加上外圍設備和特定的功能單元綜合成的單一芯片 ,加速了DSP 方案的發(fā)展。 語音壓縮協(xié)議有上面提到的協(xié)議中帶 G 打頭的幾種。 靜音檢側又稱話音活動性檢測 (VAD Voice Acti