【導讀】計算機科學與技術2020屆畢業(yè)設計論文分組語音傳輸系統(tǒng)。畢業(yè)設計(論文)說明書

　　

【正文】 體的類。這些對象包括以下種類：窗口對象，基類是 CWnd；應用程序對象，基類是 CwinThread；文檔對象，基類是 Cdocument，等等。 程序員將結合自己的實際，從適當?shù)?MFC 類中派生出自己的類，實現(xiàn)特定的功能，達到自己的編程目的。 虛 擬函數(shù)和動態(tài)約束 MFC 以 “C++” 為基礎，自然支持虛擬函數(shù)和動態(tài)約束。但是作為一個編程框架，有一個問題必須解決：如果僅僅通過虛擬函數(shù)來支持動態(tài)約束，必然導致虛擬函數(shù)表過于臃腫，消耗內存，效率低下。 于是， MFC 建立了消息映射機制，這樣，通過虛擬函數(shù)和消息映射， MFC 類提供了豐富的編程接口。程序員繼承基類的同時，把自己實現(xiàn)的虛擬函數(shù)和消息處理函數(shù)嵌入 MFC 的編程框架。 MFC 編程框架將在適當?shù)臅r候、適當?shù)牡胤絹碚{用程序的代碼。 總之， MFC 封裝了 Win32 API， OLE API， ODBC API 等底層函數(shù)的功能，并提供更高一層的接口 ，簡化了 Windows 編程。同時， MFC 支持對底層 API的直接調用。 MFC 提供了一個 Windows 應用程序開發(fā)模式，對程序的控制主要是由 MFC框架完成計算機科學與技術 2020 屆畢業(yè)設計論文 分組語音傳輸系統(tǒng) 的，而且 MFC 也完成了大部分的功能，預定義或實現(xiàn)了許多事件和消息處理，等等?？蚣芑蛘哂善浔旧硖幚硎录灰蕾嚦绦騿T的代碼；或者調用程序員的代碼來處理應用程序特定的事件。 MFC 是 C++類庫，程序員就是通過使用、繼承和擴展適當?shù)念悂韺崿F(xiàn)特定的目的。例如，繼承時，應用程序特定的事件由程序員的派生類來處理，不感興趣的由基類處理。實現(xiàn)這種功能的基礎是 C++對繼承的支 持，對虛擬函數(shù)的支持，以及 MFC實現(xiàn)的消息映射機制。 計算機科學與技術 2020 屆畢業(yè)設計論文 分組語音傳輸系統(tǒng) 3. 系統(tǒng)分析 問題定義 IP網絡電話已經成為 Inter 業(yè)務的一個熱點。市場上各種 IP網絡電話的實現(xiàn)都是基于各種硬件設備和分組交換網絡平臺的，如語音包處理模塊主要是在數(shù)字信號處理器（ DSP）芯片上運行。本設計的題目是《分組語音傳輸系統(tǒng)的簡單實現(xiàn)》，該設計應具備在廣域網內進行分組語音實時通信的功能，而且實現(xiàn)的過程全部由軟件設計方案來完成。 VoIP 的基本原理及實現(xiàn)方案 VoIP 的主要功能 VoIP 技術的主要目的是用 于處理語音和信令，因此可以將它分為四個功能模塊：語音包處理模塊（ Voice Package Module）、電話信令網關模塊（ Telephone Signaling Gateway Module）、網絡協(xié)議模塊（ Network Protocol Module）、網絡管理模塊（ Network Management Module）。 語音包處理模塊 一般而言，語音包處理模塊主要是在數(shù)字信號處理器（ DSP）芯片上運行。主要實現(xiàn)以下功能： （ 1） 語音的編碼及解碼 在發(fā)送端，通過對語音的采樣、量化、編 碼，完成語音的數(shù)字化。在接收端，則通過數(shù)字濾波器將數(shù)字信號還原成語音。 （ 2） 靜音檢測 通過對無話音時的噪聲進行檢測，從而判斷所接收的信號是否含有語音信號，如果沒有檢測到語音信號，將會反饋至“語音包處理器”，讓它發(fā)出一個含有“靜音”的信息包，從而最大限度地節(jié)省通訊帶寬。 （ 3） 回音抵消器 基于 ITU－ T ，以改善語音的通訊質量。 （ 4）自適應語音恢復 通過一個緩沖器，對接收到的延后語音包信號，進行語音恢復。從而達到抗“延時”、抗“時延抖動”的目的。并 且可以“自適應”地調節(jié)時延值，實現(xiàn)達到語音傳輸時延最小的目的，從而改善語音通訊質量。當然，它同時必須支持“內插”算法，即當語音包在傳輸過程中丟失時，能夠利用“內插”技術進行恢復。 （ 5） 語音包處理器 對經過編碼后的語音信號進行“語音打包”處理，或者是對接收到的語音包進行“拆計算機科學與技術 2020 屆畢業(yè)設計論文 分組語音傳輸系統(tǒng) 包”處理，實際上它是一種封裝協(xié)議的處理。 電話信令網關模塊 一般而言，電話信令網關模塊主要是在 Host CPU 上運行。作為一個“網關處理器”，它主要是作為電話信令，在電訊設備與網絡協(xié)議處理之間進行協(xié)議轉換。這些信令包含如：掛機 、摘機、呼入保持、來電顯示等。它主要是指原有傳統(tǒng)電話設備上的業(yè)務及其將來的增值服務。 網絡協(xié)議模塊 這個模塊主要是用于處理信令的信息。同時也可以將信令信息轉換成對應的特殊網絡的信令協(xié)議，通過交換網絡傳輸。一般而言，國際上目前比較通用的網絡協(xié)議標準是： 協(xié)議， MGCP 協(xié)議和 SIP 協(xié)議等。 網絡管理模塊 主要是提供一個語音管理的接口，實現(xiàn) VoIP 的配置及維護。管理信息是基于國際標準 及 SNMP 簡單網絡管理協(xié)議的要求所建立的。 VoIP 的傳輸過程分析 VoIP 是以 IP 分組交換網絡為傳輸平臺，對模擬的語音信號進行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無連接的 UDP 協(xié)議進行傳輸。 為了在一個 IP 網絡上傳輸語音信號，要求幾個元素和功能。最簡單形式的網絡由兩個或多個具有 VoIP 功能的設備組成，共同通過一個 IP 網絡連接。 VoIP 設備先把語音信號轉換為 IP 數(shù)據流，并把這些數(shù)據流轉發(fā)到 IP目的地址， IP目的地址又把它們轉換回到語音信號。兩者之間的網絡必須支持 IP傳輸，且可以是 IP路由器和網絡鏈路的任意組合。 VoIP 傳輸過程可分為語音數(shù)字化、信號編碼分組、信號打包傳送、解包及 解壓縮過程及數(shù)字語音模擬化五個過程。 語音信號數(shù)字化 語音信號是模擬波形，通過 IP 方式來傳輸語音，首先要對語音信號進行模擬數(shù)據轉換，也就是對模擬語音信號進行量化，然后送入到緩沖存儲區(qū)中。數(shù)字化可以使用各種語音編碼方案來實現(xiàn)，目前采用的語音編碼標準主要有 ITUT 。 信號編碼分組 語音信號進行數(shù)字編碼以后，下一步就要對語音包以特定的幀長進行壓縮編碼。編碼后，壓縮的幀合成一個壓縮的語音包送入網絡處理器。網絡處理器為語音添加包頭、時標和其它信息后通過 IP 網絡傳送到另一端。語音網絡簡單地建立 通信端點間的物理連接，并在端點間傳輸編碼信號。 IP 網絡不會形成連接，而要求把數(shù)據放在可變長的數(shù)據報或分組中，然后給每個數(shù)據報附帶尋址和控制信息，并通過網絡發(fā)送。 信號打包傳送 信號（數(shù)據）被壓縮后，就需要對它進行打包，加進一些協(xié)議信息。在收集語音數(shù)計算機科學與技術 2020 屆畢業(yè)設計論文 分組語音傳輸系統(tǒng) 據的處理過程中需要一些存儲時間，因為將語音數(shù)據發(fā)送到 IP 網絡之前必須先收到一定數(shù)量的語音數(shù)據。在對信號進行編碼及壓縮過程中，也需要一定的時間來對數(shù)據進行存儲，從而也產生了一定的時間延遲。 協(xié)議信息被加入包中是為了更好地保障完成數(shù)據的傳輸過程。由于 IP 協(xié)議是 為各種不同的網絡互聯(lián)而設計的，與專用網相比它含有許多復雜的處理過程，它要求將一個包封裝到另外一個包中，而且數(shù)據在傳輸?shù)倪^程中還要經過再打包、重尋址和重新封裝等過程。 解包及解壓縮過程 當每個包到達目的地主機（網關、服務器或用戶計算機終端）時，要檢查該包的序號并將其放到正確的位置，然后用一個解壓縮算法來盡量恢復原始信號數(shù)據，這時通過利用時鐘同步及時延處理技術來填充由發(fā)送端處理過程中導致的空缺。由于各個包在傳輸過程中經過了不同的路由，所以它們到達目的地的順序有很大差別，因此接收端要將先達到的包放到存儲器里 一段時間以后等待后達到的包，等待時間的長短要根據網絡的擁塞情況而定。 數(shù)字語音模擬化 目前， IP 電話主要應用于 Inter 上，是 Inter 上的一個增值業(yè)務。由于Inter 是一個開放的網絡，另外，由于它的帶寬還不夠寬，尤其在網絡惡化的情況下，在傳輸過程中很大一部分包會被丟失或被延遲傳送，這些丟棄、延遲和被破壞的包是導致語音質量下降的根本原因。 按 Inter 傳統(tǒng)糾錯機制，接收端如果收到錯誤的數(shù)據包就將其丟棄并請求重傳，因此用戶最終收到的數(shù)據跟原始發(fā)送的數(shù)據是完全一樣的。由于 IP 電話 業(yè)務是一種對時間敏感的業(yè)務，不能使用重傳機制，這就需要專用的檢錯和糾錯機制來再造聲音和填補空隙，需要接收端存儲接收到一定數(shù)量的語音數(shù)據，然后使用一種復雜的算法來“猜測”丟失包的內容，產生新的語音信息，從而提高通信的質量。因此，接收端聽到的語音并不與發(fā)送端講的語音完全一樣，其中一部分信息是由 VoIP 系統(tǒng)“再造”的。 分組語音的基本原理 傳統(tǒng)的電話網以電路交換的方式傳輸語音，基本帶寬為 64kbit/s。而要在基于 IP的分組網絡上傳輸話音，就必須對模擬的語音信號進行特殊處理，使之可以方便地在面向無連接的分組 網絡上傳輸，我們稱之為分組語音技術。 分組語音技術概述 分組語音技術是指將語音信號轉化為一定長度的數(shù)字化語音包，采用存儲轉發(fā)的方式，以包的形式進行交換和傳輸?shù)募夹g。所有分組語音系統(tǒng)都遵循一個共同的模式，如下圖： 計算機科學與技術 2020 屆畢業(yè)設計論文 分組語音傳輸系統(tǒng) 在這個網絡的周邊是被稱為“語音代理”的設備或部件。這些設備的任務是將語音信息從傳統(tǒng)的電話格式轉換為適用于分組傳輸?shù)母袷?。然后通過網絡將分組數(shù)據發(fā)送到目的語音代理。 語音的數(shù)字化 為了使得計算機能夠對模擬的聲音信號進行處理必須將其轉換為數(shù)字信號，即模 /數(shù)轉換。脈沖編碼調制（ pulse code modulation， PCM）是模擬數(shù)據數(shù)字化的主要方法。PCM 操作包含三個過程：采樣、量化和編碼。 （ 1）采樣 模擬信號在時間上和幅度上都是連續(xù)的，通過采樣（即用很窄的脈沖按一定周期讀取模擬信號的瞬時值），將時間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間上離散的抽樣值。根據采樣定律，為了保證信息不丟失，采樣頻率至少應為模擬信號所占用帶寬的 2 倍，根據CCITT(現(xiàn)在稱為 ITU－ T)標準，電話系統(tǒng)中 傳送的語音的頻帶范圍是 0～ 4000Hz，因此將采樣頻率取值為 8000Hz/s。 （ 2）量化 量化是指用有限個度量值來表示采樣后的信號的幅度值，將信號的幅度值就近歸入鄰近的度量級。即將幅度上連續(xù)的采樣值變換為幅度上離散的量化值。一般來說，采用128 個量化級就可以充分滿足語音通信的要求了。 （ 3）編碼 每個量化值采用數(shù)字碼字就稱之為編碼。在 PCM 中每個量化值用 8bit 碼字表示，計算機科學與技術 2020 屆畢業(yè)設計論文 分組語音傳輸系統(tǒng) 最高位為符號位，低七位可表示 128 個量化級。對于語音信號的 PCM編碼來說，由于采樣頻率為 8000Hz/s，每個采樣值編碼為 8 為二進制碼， 所以其傳輸速率為 64kbit/s。 語音分組 分組丟失問題在語音應用中至關重要，因為這會影響到接收端接收到的語音質量。在數(shù)據業(yè)務中，分組丟失可以利用 TCP 重傳機制來補償。但在語音通信中，由于受到實時性的要求，對時延有嚴格的限制，所以不能依靠重傳的方法來補償。不過，如果語音分組丟失是隨機的，不相關的，如果使用語音編碼器且在丟失率為 10％的情況下，仍能恢復出高質量的語音信號。 利用前面的語音分組來模擬丟失的分組中的音頻信號的特性，從而補償分組丟失。 因特網中的數(shù)據丟失是突發(fā)的：在少量突發(fā) 中會發(fā)生大量分組丟失。采用前向糾錯（ FEC， forward error correction）方案可以減小分組丟失的影響，而且已經設計出來補償突發(fā)丟失的方法。這些機制的加入了額外的時延，而且可能導致分組丟失。 還有一種分組方法，它來自 ITU－ T 。為了說明這種方法，我們采用一個速率為 64kbit/s 的數(shù)字化語音作為實例。這項技術采用 8個數(shù)據位表示一個采樣（ 8 8000采樣 /秒＝ 64000）如下圖所示，這個 64kbit/s 的語音數(shù)據采樣進入數(shù)據分組時，八個位按位聚集。即最低位組成一組，緊接著是次低位 ，等等。 控制首部 最高位：X 塊 1 次高位： X 塊 2 第七位： X 塊 7 最低位： X 塊 8 八位采樣值： XXXXXXXX 將采樣位分組 我們假定某個分組中的兩個取樣的編碼是：（ 1） 15（十進制）或者 00001111（二進制）；（ 2） 7（十進制）或者 00000111（二進制）。如果一個完整的采樣