【導(dǎo)讀】課件之家精心整理資料--歡迎你的欣賞。畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書

　　

【正文】 FC 也完成了大部分的功能，預(yù)定義或?qū)崿F(xiàn)了許多事件和消息處理，等等。框架或者由其本身處理事件，不依賴程序員的代碼；或者調(diào)用程序員的代碼來處理應(yīng)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(dāng)?shù)念悂韺崿F(xiàn)特定的目的。例如，繼承時，應(yīng)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(chǔ)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。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 3. 系統(tǒng)分析 問題定義 IP 網(wǎng)絡(luò)電話已經(jīng)成為 Inter 業(yè)務(wù)的一個熱點。市場上各種 IP 網(wǎng)絡(luò)電話的實現(xiàn)都是基于各種硬件設(shè)備和分組交換網(wǎng)絡(luò)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(shè)計的題目是《分組語音傳輸系統(tǒng)的簡單實現(xiàn)》，該設(shè)計應(yīng)具備在廣域網(wǎng)內(nèi)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(shè)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(shù)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(wǎng)關(guān)模塊（ Telephone Signaling Gateway Module）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊（ Network Protocol Module）、網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量。 （ 4）自適應(yīng)語音恢復(fù) 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(fù)。從而達(dá)到抗“延時”、抗“時延抖動”的目的。并 且可以“自適應(yīng)”地調(diào)節(jié)時延值，實現(xiàn)達(dá)到語音傳輸時延最小的目的，從而改善語音通訊質(zhì)量。當(dāng)然，它同時必須支持“內(nèi)插”算法，即當(dāng)語音包在傳輸過程中丟失時，能夠利用“內(nèi)插”技術(shù)進行恢復(fù)。 （ 5） 語音包處理器 對經(jīng)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“拆課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 包”處理，實際上它是一種封裝協(xié)議的處理。 電話信令網(wǎng)關(guān)模塊 一般而言，電話信令網(wǎng)關(guān)模塊主要是在 Host CPU 上運行。作為一個“網(wǎng)關(guān)處理器”，它主要是作為電話信令，在電訊設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理之間進行協(xié)議轉(zhuǎn)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(shè)備上的業(yè)務(wù)及其將來的增值服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換成對應(yīng)的特殊網(wǎng)絡(luò)的信令協(xié)議，通過交換網(wǎng)絡(luò)傳輸。一般而言，國際上目前比較通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是： 協(xié)議， MGCP 協(xié)議和 SIP協(xié)議等。 網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn) 及 SNMP 簡單網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)上傳輸語音信號，要求幾個元素和功能。最簡單形式的網(wǎng)絡(luò)由兩個或多個具有 VoIP 功能的設(shè)備組成，共同通過一個 IP網(wǎng)絡(luò)連接。 VoIP 設(shè)備先把語音信號轉(zhuǎn)換為 IP數(shù)據(jù)流，并把這些數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到 IP 目的地址， IP 目的地址又把它們轉(zhuǎn)換回到語音信號。兩者之間的網(wǎng)絡(luò)必須支持 IP 傳輸，且可以是 IP 路由器和網(wǎng)絡(luò)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(jù)轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語音添加包頭、時標(biāo)和其它信息后通過 IP 網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端。語音網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)不會形成連接，而要求把數(shù)據(jù)放在可變長的數(shù)據(jù)報或分組中，然后給每個數(shù)據(jù)報附帶尋址和控制信息，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。 信號打包傳送 信號（數(shù)據(jù)）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)課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 據(jù)的處理過程中需要一些存儲時間，因為將語音數(shù)據(jù)發(fā)送到 IP 網(wǎng)絡(luò)之前必須先收到一定數(shù)量的語音數(shù)據(jù)。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(jù)進行存儲，從而也產(chǎn)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(jù)的傳輸過程。由于 IP 協(xié)議是 為各種不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而設(shè)計的，與專用網(wǎng)相比它含有許多復(fù)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(jù)在傳輸?shù)倪^程中還要經(jīng)過再打包、重尋址和重新封裝等過程。 解包及解壓縮過程 當(dāng)每個包到達(dá)目的地主機（網(wǎng)關(guān)、服務(wù)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(fù)原始信號數(shù)據(jù)，這時通過利用時鐘同步及時延處理技術(shù)來填充由發(fā)送端處理過程中導(dǎo)致的空缺。由于各個包在傳輸過程中經(jīng)過了不同的路由，所以它們到達(dá)目的地的順序有很大差別，因此接收端要將先達(dá)到的包放到存儲器里 一段時間以后等待后達(dá)到的包，等待時間的長短要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況而定。 數(shù)字語音模擬化 目前， IP 電話主要應(yīng)用于 Inter 上，是 Inter 上的一個增值業(yè)務(wù)。由于Inter 是一個開放的網(wǎng)絡(luò)，另外，由于它的帶寬還不夠?qū)?，尤其在網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)致語音質(zhì)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(jù)包就將其丟棄并請求重傳，因此用戶最終收到的數(shù)據(jù)跟原始發(fā)送的數(shù)據(jù)是完全一樣的。由于 IP 電話 業(yè)務(wù)是一種對時間敏感的業(yè)務(wù)，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(jù)，然后使用一種復(fù)雜的算法來“猜測”丟失包的內(nèi)容，產(chǎn)生新的語音信息，從而提高通信的質(zhì)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)上傳輸，我們稱之為分組語音技術(shù)。 分組語音技術(shù)概述 分組語音技術(shù)是指將語音信號轉(zhuǎn)化為一定長度的數(shù)字化語音包，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，以包的形式進行交換和傳輸?shù)募夹g(shù)。所有分組語音系統(tǒng)都遵循一個共同的模式，如下圖： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 在這個網(wǎng)絡(luò)的周邊是被稱為“語音代理”的設(shè)備或部件。這些設(shè)備的任務(wù)是將語音信息從傳統(tǒng)的電話格式轉(zhuǎn)換為適用于分組傳輸?shù)母袷健Ｈ缓笸ㄟ^網(wǎng)絡(luò)將分組數(shù)據(jù)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?qū)δM的聲音信號進行處理必須將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。脈沖編碼調(diào)制（ pulse code modulation， PCM）是模擬數(shù)據(jù)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(jù)采樣定律，為了保證信息不丟失，采樣頻率至少應(yīng)為模擬信號所占用帶寬的 2 倍，根據(jù)CCITT(現(xiàn)在稱為 ITU－ T)標(biāo)準(zhǔn)，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，課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 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(yīng)用中至關(guān)重要，因為這會影響到接收端接收到的語音質(zhì)量。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(yán)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(guān)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(fù)出高質(zhì)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(wǎng)中的數(shù)據(jù)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(jīng)設(shè)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(dǎo)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(shù)采用 8 個數(shù)據(jù)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(jù)采樣進入數(shù)據(jù)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被丟棄，這個采樣的 8 位不在接收端進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。然而，由于這些位在分組中不是按采樣編碼的，而是按取樣的數(shù)據(jù)位，選擇性丟棄位帶來的問題并不那么嚴(yán)重。 設(shè)想一臺路由器正處于擁塞狀態(tài)，它必須丟棄一些數(shù)據(jù)。分組的首部包含一個塊丟棄指示 域，記錄塊的狀態(tài)。于是，分組中包含哪些最低位的塊將被丟棄。結(jié)果是（這里x是采樣的丟棄位）： 15（十進制）或者 00001111（二進制）現(xiàn)在成了 14（十進制）或者 0000111x（二進制）； 7（十進制）或者 00000111（二進制）現(xiàn)在成了 6（十進制）或者 0000011x（二進制）。這個采樣中的微小變化在接收端造成的結(jié)果是一個不同的 PAM課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 脈沖。但是這種失真不是很嚴(yán)重。 我們在設(shè)計時采用的方法基本上是基于 ITUT 。所不同的是，我們的設(shè)計不采用選擇性丟包，而是在接收端當(dāng)判斷出丟包后即以補“ 0”的方法 補償丟失的包，以此來盡可能地保證語音的通信質(zhì)量。 傳輸協(xié)議的選取 由于語音的傳輸對實時性的要求很高，所以在考慮傳輸協(xié)議的時候?qū)鬏攲拥?TCP協(xié)議和 UDP 協(xié)議做了一系列的比較： TCP（傳輸控制協(xié)議）是基于連接的協(xié)議，也就是說，在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前，必須和對方建立可靠的連接。一個 TCP 連接必須要經(jīng)過三次“對話”才能建立起來，其中的過程非常復(fù)雜， TCP 將包排序并進行錯誤檢查。 TCP 數(shù)據(jù)包中包括序號和確認(rèn)，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。正因為 TCP 提供了這些保障措施以及其需要建立連 接的原因，傳輸?shù)难舆t較大，所以， TCP應(yīng)用于對可靠性要求高實時性要求不高的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 。而 UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是與 TCP 相對應(yīng)的協(xié)議。它是無連接的協(xié)議，