【文章內(nèi)容簡介】 I S DN 局域 交換 終 端 設(shè) 備 I S DN 局域 交換 交換局 業(yè)務(wù) 用戶 設(shè) 備 B 信道 D 信道 B 信道 D 信道 高速 鏈路 高速 鏈路 圖 1 3 高級 I S DN 結(jié)構(gòu) 圖 24 高級 ISDN 結(jié)構(gòu) 由于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢必然是綜合化，話音業(yè)務(wù)也將由基于傳統(tǒng)的電路交換的網(wǎng)絡(luò)承載逐步向基于分組交換的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，這也使得研究基于分組交換網(wǎng)絡(luò)的語音傳輸變得更有意義，這也促使了這種技術(shù)的迅速發(fā)展。 幾年前， Inter僅僅是用于文件傳 輸 (FTP )、電子郵件 (Email )、終端仿真 (tel )和網(wǎng)絡(luò)新聞，用戶數(shù)量很少，數(shù)據(jù)通信基于建立在 IP上的兩個(gè)傳輸層協(xié)議 :傳輸控制協(xié)議 (TCP)和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (UDP)。隨著用戶的不斷增加以及多媒體應(yīng)用的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的 Inter協(xié)議系統(tǒng)己經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向多媒體應(yīng)用的需要。多媒體應(yīng)用的需求促成了 IP版本 6 ( IPv6 )、實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 (RTP)和資源預(yù)留協(xié)議 (RSVP)等協(xié)議的產(chǎn)生。這些底層協(xié)議使得一些 Inter上的多媒體應(yīng)用如視頻會議、視頻點(diǎn)播等成為可能。下圖顯示了適應(yīng)多媒體應(yīng)用的 Inter協(xié)議系統(tǒng)。 標(biāo)準(zhǔn)的 Inter應(yīng)用 （ SNMP， NFS， FTP） 可靠的組播應(yīng)用 （ SRM） 實(shí)時(shí)（音 /視頻）應(yīng)用 （ RTP） WWW應(yīng)用 （ HTTP， RSTP） UDP RSVP TCP IP V4/V6 低層（ IEEE802， XLAN， ATM） 10 隨著音頻、視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，低速率的視頻音頻廣播己開始出現(xiàn)。在Inter上傳送實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的新技術(shù)、新協(xié)議也將有著較快的發(fā)展和完善。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的傳送有著本身的特點(diǎn)，主要是對傳輸?shù)臅r(shí)延、抖動(dòng)和帶寬有嚴(yán)格要求，即服務(wù)質(zhì)量要有保證。根據(jù) TCP/IP協(xié)議， IP網(wǎng)絡(luò)并不能提供嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量保證。實(shí)際上，當(dāng)初 Inter設(shè)計(jì)只有一種簡單的服務(wù)質(zhì)量，即點(diǎn)對點(diǎn)的“ best effort”數(shù)據(jù)傳送。為了適應(yīng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需求， IETF規(guī)定了 Inter的綜合業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)(integrated service architecture)，其中按照業(yè)務(wù)的應(yīng)用要求不同，將業(yè)務(wù)分為兩類 :彈性業(yè)務(wù)和非彈性業(yè)務(wù)。彈性業(yè)務(wù)，如 Ftp, Email等，能夠按照網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)調(diào)整自身的服務(wù)質(zhì)量要求。屬于非彈性業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)不能按照網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)調(diào)整自身的業(yè)務(wù)特性，網(wǎng)絡(luò)必須 保證其服務(wù)質(zhì)量，這就需要網(wǎng)絡(luò)在流量處理、隊(duì)列管理、擁塞控制等方面建立相應(yīng)的機(jī)制。目前 IETF已經(jīng)提出了 RTP. RTCP, RSVP等協(xié)議。 RTP是實(shí)時(shí)信息傳輸協(xié)議，通過在數(shù)據(jù)包內(nèi)采用時(shí)間標(biāo)簽、包含序號、編碼方式等方法保證實(shí)時(shí)信息的傳送 .RSVP在 IP協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源預(yù)留，為非彈性業(yè)務(wù)保留帶寬，并設(shè)置隊(duì)列管理辦法。當(dāng)一個(gè)業(yè)務(wù)需要在一條路徑上預(yù)定帶寬資源時(shí)，它向目的地發(fā)出一條路徑消息，該消息向路徑上所有的路由器申請保留資源，同時(shí)包含數(shù)據(jù)流的信息，如平均速率、突發(fā)長度等。 TCP/IP 協(xié)議 TCP/IP(Transmission Control Protocol/ Inter Protocol)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)上流行的通信協(xié)議 ,它也 是一套工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。它具有路由性，其耐用性好，功能高效。它最初是為維護(hù)核戰(zhàn)爭情況下現(xiàn)場通信聯(lián)系和數(shù)據(jù)發(fā)送的快速傳遞而設(shè)計(jì)的一套 WAN協(xié)議。在此之后，該協(xié)議的發(fā)展從政府部門傳到了 Inter團(tuán)體手中。 TCP/IP協(xié)議有如下優(yōu)點(diǎn) :如今 它是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。由于 TCP/IP不是由某個(gè)公司維護(hù)或編寫的，所以就不存在像其它協(xié)議那樣的兼容性問題 .Inter從總體上考慮是 否需要改變某個(gè)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，這與迅速改變它相比，減慢了新特點(diǎn)和性能的實(shí)現(xiàn)速度，但它確實(shí)保證了該變動(dòng)是經(jīng)過詳細(xì)考慮的并能利用其它的大多數(shù) TCP/IP工具為它提供功能，也保證了在 Inter上可以隨時(shí)獲得公開說明書，它詳細(xì)說明了怎樣使用這一套協(xié)議和協(xié)議是怎樣實(shí)現(xiàn)的。它是一組連接不同 11 操作系統(tǒng)的實(shí)用程序 .人們?yōu)?TCP/IP開發(fā)了許多連通性實(shí)用程序，包括文件傳送協(xié)議 (FTP)和終端仿真協(xié)議 (Tel )。由于這些實(shí)用程序使用 Windows SocketsAPI，計(jì)算機(jī)之間的連接并不依賴于其上的操作系統(tǒng)。例如， Microsoft的 FTP客戶可通過 UNIX FTP服務(wù)器來發(fā)送文件，而收發(fā)雙方都不用擔(dān)心兼容性問題。這個(gè)功能也使得運(yùn)行 Tel的 Windows NT機(jī)可以在運(yùn)行 Tel服 務(wù)器的 IBM主機(jī)上訪問和運(yùn)行命令。它是一個(gè)可伸縮的交叉平臺客戶 /服務(wù)器結(jié)構(gòu)?？紤]TCP/IP協(xié)議組的應(yīng)用程序的最初發(fā)展情況 .廠商都想編寫他們自己的客戶 /服務(wù)器應(yīng)用程序，例如， SQL服務(wù)器和簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 (SNMP )。如何編寫該應(yīng)用程序的詳細(xì)說明也是公開的。 究竟應(yīng)該包括哪種操作系統(tǒng) ?每個(gè)用戶都想利用 TCP/IP提供的連通性選項(xiàng)，而不因使用的操作系統(tǒng)不同而改變。因此，人們使用 Windows Sockets API，從而使得利用 TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用程序被寫成標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的界面。由于使用者各異，所以操作系統(tǒng)也是多種多樣， TCP/IP的 Windows Sockets的詳細(xì)說明使得操作系統(tǒng)對應(yīng)用程序是透明的。 TCP/IP既支持 Windows Sockets,也支持其它的 Windows Sockets連通性，與 TCP/IP組一致?？稍L問 Inter. TCP/IP實(shí)際上是 Inter協(xié)議，允許訪問地球上成千上萬個(gè)站點(diǎn)的大量信息。 TCP/ IF模型有四個(gè)層次組成，如圖 25所示 : 應(yīng)用層 Application 傳輸層 TCP 網(wǎng)間網(wǎng)層 IP 網(wǎng)絡(luò)接口 Lan 圖 25 應(yīng)用層 :向用戶提供一組常用的應(yīng)用程序。比如文件傳輸訪問，電子郵件等，用戶也可以在傳輸層之上建立自己的專用的應(yīng)用程序。傳輸層 :提供應(yīng)用程序間(端到端 )的通訊。其功能包括 :格式化信息流，提供可靠傳輸，為實(shí)現(xiàn)后者，傳輸層協(xié)議規(guī)定接收端必須發(fā)回確認(rèn) (acknowledge)，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送。傳輸層還要解決不同應(yīng)用程序的識別問題，為區(qū)別各種應(yīng)用程序，傳輸層在每一分 組中增加識別信源和信宿應(yīng)用程序的信息。另外，傳輸層每一分組均帶校驗(yàn)和，接收機(jī)以此校驗(yàn)收到分組的正確性。網(wǎng)間網(wǎng)層 IP:負(fù)責(zé)相鄰計(jì)算機(jī)之 12 間的通訊 (點(diǎn)到點(diǎn) )。其功能包括三個(gè)方面 : :收到請求后，將分組裝到 IP數(shù)據(jù)報(bào)，填充報(bào)頭，選擇去往信宿機(jī)的路徑，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口。 :首先檢驗(yàn)其合法性。然后進(jìn)行尋址 — 假如該數(shù)據(jù)報(bào)己經(jīng)到達(dá)信宿地 (本機(jī) )，則去掉報(bào)頭，將剩下部分 (傳輸層分組 )交給適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議，假如該數(shù)據(jù)報(bào)尚未到達(dá)信宿，則轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)。 ICMP (Inter Control Message Protocol)報(bào)文，處理路徑、流控、擁塞等問題。 網(wǎng)絡(luò)接口層 :這是 TCP/IP的最底層，負(fù)責(zé)接收 IF,數(shù)據(jù)報(bào)并發(fā)送出去，或者從網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出 IF數(shù)據(jù)報(bào)，交給 IP層。網(wǎng)絡(luò)接口有兩種類型，第一種是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 (如局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口 )，第二重是含自身鏈路協(xié)議的復(fù)雜子系統(tǒng)(如 )。其中，傳輸層的 TCP是提供應(yīng)用程序間 (即端到端 )的通信。其功能包括 :格式化信息流 。提供可靠傳輸。它向應(yīng)用程序提供面向連接的服務(wù)，即每次完整的數(shù)據(jù)傳輸都要經(jīng) 過建立連接、使用連接、終止連接的過程。本質(zhì)上，服務(wù)類型中的連接是一個(gè)管道，發(fā)送者在一端放入數(shù)據(jù)，接收者從另一端接收數(shù)據(jù)。其特點(diǎn)是 :收發(fā)數(shù)據(jù)不但順序一致而且內(nèi)容相同。這種基于流的連接方式非常符合網(wǎng)絡(luò)軟件的控制命令的傳遞要求 :保持順序并且內(nèi)容無誤。因此，網(wǎng)絡(luò)軟件的控制連接應(yīng)采用 TCP協(xié)議。在 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通信的兩個(gè)進(jìn)程間相互作用的主要模式是客戶 /服務(wù)器模式，即客戶向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器接收到請求后，提供相應(yīng)的服務(wù)?？蛻舴?wù)器模式的建立基于以下兩點(diǎn) : 一、建立網(wǎng)絡(luò)的起因是網(wǎng)絡(luò)中軟硬件資源、運(yùn)算能力和信 息不均等，需要共享，從而造就擁有眾多資源的主機(jī)提供服務(wù)，資源較少的客戶請求服務(wù)這一非對等作用。 二、網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)程通信完全是異步的，相互通信的進(jìn)程間既不存在父子關(guān)系，又不共享內(nèi)存緩沖區(qū)，因此需要一種機(jī)制為希望通信的進(jìn)程間建立聯(lián)系，為二者的數(shù)據(jù)交換提供同步，這就是基于客戶 /服務(wù)器模式的 TCP/IP. 13 UDP 協(xié)議 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (UDP)是傳輸層中的第二個(gè)協(xié)議 UDP。該協(xié)議是基于非連接的協(xié)議，在數(shù)據(jù)傳送前不需在兩臺計(jì)算機(jī)之間建立會話。 UDP包與 TCP包一樣，仍然傳送給接口或端口。由于 UDP不要求在 計(jì)算機(jī)間建立會話，它不能保證包被正確發(fā)送，當(dāng)包丟失時(shí)，也不保證重新發(fā)送。使用 UDP的一個(gè)主要原因是發(fā)送 UDP數(shù)據(jù)報(bào)只需非常小的額外開銷。 UDP數(shù)據(jù)報(bào)不需要同步參數(shù)或優(yōu)先選項(xiàng)。它不必 跟蹤序列數(shù)、重發(fā)定時(shí)器以及延時(shí)確認(rèn)定時(shí)器，也不需重發(fā)包。只需要源端口，目標(biāo)端口，數(shù)據(jù)長度，頭校驗(yàn)和數(shù)據(jù)。 LOP快速，流線式工作，不帶保證。因此，UDP非常適用于廣播、網(wǎng)絡(luò)通告或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)傳送。 UDP的用場是流動(dòng)視頻和音頻。不帶保證性的包傳送不僅能夠傳送更多的數(shù)據(jù)，而且重發(fā)包也是沒有意義的。在流廣播中，用戶更關(guān)心下面是什么，而并不特 別在意一兩個(gè)未到達(dá)的包是什么。例如在聽 CD時(shí)，某 CD凹槽落入了灰塵。這點(diǎn)小錯(cuò)誤聽者往往是覺察不到的 。大腦可能自動(dòng)補(bǔ)上了。如果 CD播放機(jī)要保證每個(gè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，就不能隨意地跳過了。這實(shí)際上浪費(fèi)了大量的時(shí)間， UDP就是為使用這種方式的應(yīng)用程序開發(fā)的。在因特網(wǎng)上傳送聲音有一些可以利用的特點(diǎn)。如 : 、文本等對誤碼不敏感，一般不需要誤碼重傳機(jī)制來保證聲音數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率 。 ，少量的不按序到達(dá)只會造成聲音的偶爾抖動(dòng)。 本章小結(jié) 本章敘述了 現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的基本知識 ,發(fā)展方向 ,分類情況等 ,同時(shí)也介紹了一些十分重要的通信協(xié)議以及各自的用途 ,有了這些基本的知識理論我們將可以更好的進(jìn)行語音處理的研究。下一章，我們將就這個(gè)問題繼續(xù)展開探討。 14 第三章 關(guān)于語音的處理 聲音的采集 Windows通過高級音頻函數(shù)，媒體控制接口 MCI( Media Control Interface)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、低級音頻函數(shù)、 MIDI Mapper以及低級音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供了音頻服務(wù) .對于聲音的采集以及回放，可以分別有兩種相應(yīng)的方法。第一種方法是采用 Windows提供 的媒體控制接口， MCI為用戶提供了高層應(yīng)用的開發(fā)手段， 并且提供了與設(shè)備無關(guān) ( Device Independence)的應(yīng)用程序接口。程序設(shè)計(jì)人員在編寫程序時(shí)，可以不考慮硬件設(shè)備而把它當(dāng)作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCI設(shè)備即可。這里我們必須注意，當(dāng)我們使用 MCI進(jìn)行開發(fā)時(shí)，對于媒體的操作只能在文件級別上，即我們須對文件進(jìn)行操作，如音頻所對應(yīng)的 WAV文件、視頻所對應(yīng)的 AVI以及 MIDI所對應(yīng)的 MID等。第二種方法是采用 Windows提供的低級音頻服務(wù)，使用低級音頻函數(shù)使應(yīng)用程序與音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序直接通信的方式。低級音頻函 數(shù)在多媒體計(jì)算機(jī)中同樣為音頻硬件提供了與設(shè)備無關(guān)的接口 .使用低級音頻函數(shù)時(shí)，我們可以直接控制聲音實(shí)時(shí)的采集與回放 。即我們并沒有把聲音形成相應(yīng)的文件方式，而是把采集到的聲音放到內(nèi)存中，形成一種類似流的存儲單元。我們可以對此內(nèi)存中的聲音文件進(jìn)行編輯、傳輸?shù)取．?dāng)我們不斷將此內(nèi)存塊中的聲音數(shù)據(jù)傳向遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)時(shí)，而遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)在收到數(shù)據(jù)時(shí)就回放，這樣就形成了一個(gè)簡單的聲音實(shí)時(shí)通信的功能利用 DirectX技術(shù)中的 Direct Sound Capture對象來完成對聲音的捕獲， Direct Sound進(jìn)行聲音的播放。有了 DirectX技術(shù)的支持，不但增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和高效性，而且使三方通話成為可能。 Direct 技術(shù) DirectX是 Windows下圖形、聲音、輸入和網(wǎng)絡(luò)、游戲等應(yīng)用程序開發(fā)的借口。DirectX推出的目的是使基于 Windows的應(yīng)程序能夠高效、實(shí)時(shí)地訪問計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)備，從而使 Windows操作系統(tǒng)成為優(yōu)秀的游戲和多媒體開發(fā)平臺。 15 DirectX使 Windows應(yīng)用程序開發(fā)人員能夠直接訪問硬件設(shè)備，又不破壞 Windows的設(shè)備獨(dú)立性 。 [4] DirectX組成 DirectX包含下面幾個(gè)部 分 : ① DirectDraw 實(shí)用頁面切換的方法提供動(dòng)畫，直接訪問圖形協(xié)處理器，內(nèi)存的管理。它是Direct3D和 DirectShow的基礎(chǔ)。 ② Direct3D 它提供了高層和底層的 3D硬件接口 . ③ DirectSound 提供了立體聲和 3D聲音效果，同時(shí)管理聲卡內(nèi)存的使用。 ④ DirectPlay 為多人游戲軟件提供了消息服務(wù)，同時(shí)還提供啟動(dòng)和組織多人游戲的功能。 ⑤ DirectInput 為大量的設(shè)備提供輸入服務(wù)，同時(shí)支持輸出服務(wù)。 ⑥ Direct Setup 自動(dòng)安裝 DirectX驅(qū)動(dòng)程序。 ⑦ DirectX原理 DirectX原理稱為 Directness原理，它分為下面三個(gè)規(guī)則 : 最快速 ,這是 DirectX最重要的一點(diǎn)，要使