Ch ng 3 Các bi n pháp đ m b o ch t l ng d ch vươ ệ ả ả ấ ượ ị ụ
CH NG 3 ƯƠ CÁC BI N PHÁP Đ M B O CH TỆ Ả Ả Ấ
L NG D CH VƯỢ Ị Ụ
Ch t l ng d ch v QoS là t p h p các ch tiêu đ c tr ng cho yêu c u c aấ ượ ị ụ ậ ợ ỉ ặ ư ầ ủ
t ng lo i l u l ng c th trên m ng bao g m: đ tr , jitter, t l m t gói... Cácừ ạ ư ượ ụ ể ạ ồ ộ ễ ỷ ệ ấ
ch tiêu này liên quan đ n l ng băng thông dành cho m ng.ỉ ế ượ ạ
Có nhi u bi n pháp nh m đ m b o QoS đ c th c hi n. Đ t i thi u th iề ệ ằ ả ả ượ ự ệ ể ố ể ờ
gian tr c a các gói tho i so v i các gói c a các d ch v khác, các gói tho i đ cễ ủ ạ ớ ủ ị ụ ạ ượ
truy n b i giao th c UDP (User Datagram Protocol). Giao th c này không cungề ở ứ ứ
c p c ch truy n l i do v y gói tho i s đ c x lý nhanh h n. Đ lo i bấ ơ ế ề ạ ậ ạ ẽ ượ ử ơ ể ạ ỏ
ti ng v ng ng i ta s d ng b tri t ti ng v ng các gateway. Và còn có cácế ọ ườ ử ụ ộ ệ ế ọ ở
bi n pháp sau:ệ
- Nén tín hi u tho i.ệ ạ
- Các c ch đ m b o ch t l ng d ch v t i các nút m ng: Các thu t toánơ ế ả ả ấ ượ ị ụ ạ ạ ậ
x p hàng (queuing), c ch đ nh hình l u l ng (traffic shapping), các c chế ơ ế ị ư ượ ơ ế
t i u hoá đ ng truy n, các thu t toán d đoán và tránh t c ngh n,...ố ư ườ ề ậ ự ắ ẽ
- Ph ng th c báo hi u QoS.ươ ứ ệ
Chính sách QoS có v ch ra mong mu n th c hi n nhi m v qu n lý ch tạ ố ự ệ ệ ụ ả ấ
l ng d ch v theo m t k ho ch c th và thông qua h th ng báo hi u QoS đượ ị ụ ộ ế ạ ụ ể ệ ố ệ ể
ra l nh cho các c ch ch p hành t i các nút m ng th c hi n nhi m v đó.ệ ơ ế ấ ạ ạ ự ệ ệ ụ
3.1 Nén tín hi u tho iệ ạ
Trong m ng đi n tho i thông th ng tín hi u tho i đ c mã hoã PCM theoạ ệ ạ ườ ệ ạ ượ
lu t A ho c Muy v i t c đ 64Kbps. V i cách mã hoá này cho phép khôi ph cậ ặ ớ ố ộ ớ ụ
m t cách t ng đ i trung th c các âm thanh trong gi i t n ti ng nói. Tuy nhiênộ ươ ố ự ả ầ ế
trong m t s ng d ng đ c bi t yêu c u truy n âm thanh v i t c đ th p h n víộ ố ứ ụ ặ ệ ầ ề ớ ố ộ ấ ơ
d nh truy n tín hi u tho i trên m ng Internet. T đó đã xu t hi n m t s kụ ư ề ệ ạ ạ ừ ấ ệ ộ ố ỹ
thu t mã hoá và nén tín hi u ti ng nói xu ng t c đ th p c th nh G.723.1,ậ ệ ế ố ố ộ ấ ụ ể ư
G.729, G729A, và GSM. G.729 đ c ITU-T phê chu n vào năm 1995. M c dù đãượ ẩ ặ
đ c ITU phê chu n hoá, di n đàn VoIP năm 1997 đã tho thu n đ xu tượ ẩ ễ ả ậ ề ấ
G.723.1 thay th cho G.729. T h p công nghi p trong đó d n đ u là Intel vàế ổ ợ ệ ẫ ầ
Microsoft đã ch p nh n hi sinh m t chút ch t l ng âm thanh đ đ t đ c hi uấ ậ ộ ấ ượ ể ạ ượ ệ
Trang 62
Ch ng 3 Các bi n pháp đ m b o ch t l ng d ch vươ ệ ả ả ấ ượ ị ụ
qu băng thông l n h n. Th t v y, G.723.1 yêu c u 5,3/6,3 kbps trong khi G.729ả ớ ơ ậ ậ ầ
yêu c u 8 kbps. Vi c công nh n tiêu chu n nén và gi i nén là m t b c ti nầ ệ ậ ẩ ả ộ ướ ế
quan tr ng trong vi c c i thi n đ tin c y và ch t l ng âm thanh.ọ ệ ả ệ ộ ậ ấ ượ
V c b n các b mã hoá ti ng nói có ba lo i: mã hoá d ng sóng (waveề ơ ả ộ ế ạ ạ
form), mã hoá ngu n (source) và mã hoá lai (hybrid) (nghĩa là k t h p c hai lo iồ ế ợ ả ạ
mã hoá d ng trên).ạ
Nguyên lý b mã hoá d ng sóng là mã hoá d ng sóng c a ti ng nói. T i phíaộ ạ ạ ủ ế ạ
phát, b mã hóa s nh n các tín hi u ti ng nói t ng t liên t c và mã thành tínộ ẽ ậ ệ ế ươ ự ụ
hi u s tr c khi truy n đi. T i phía thu s làm nhi m v ng c l i đ khôiệ ố ướ ề ạ ẽ ệ ụ ượ ạ ể
ph c tín hi u ti ng nói. Khi không có l i truy n d n thì d ng sóng c a ti ng nóiụ ệ ế ỗ ề ẫ ạ ủ ế
khôi ph c s r t gi ng v i d ng sóng c a ti ng nói g c. C s c a b mã hoãụ ẽ ấ ố ớ ạ ủ ế ố ơ ở ủ ộ
d ng sóng là: N u ng i nghe nh n đ c m t b n sao d ng sóng c a ti ng nóiạ ế ườ ậ ượ ộ ả ạ ủ ế
g c thì ch t l ng âm thanh s r t tuy t v i. Tuy nhiên, trong th c t , quá trìnhố ấ ượ ẽ ấ ệ ờ ự ế
mã hoá l i sinh ra t p âm l ng t (mà th c ch t là m t d ng méo d ng sóng),ạ ạ ượ ử ự ấ ộ ạ ạ
song t p âm l ng t th ng đ nh đ không nh h ng đ n ch t l ng ti ngạ ượ ử ườ ủ ỏ ể ả ưở ế ấ ượ ế
nói thu đ c. u đi m c a b mã hoá lo i này là: đ ph c t p, giá thành thi tượ ư ể ủ ộ ạ ộ ứ ạ ế
k , đ tr và công su t tiêu th th p. Ng i ta có th áp d ng chúng đ mã hoáế ộ ễ ấ ụ ấ ườ ể ụ ể
các tín hi u khác nh : tín hi u báo hi u, s li u d i âm thanh và đăc bi t v iệ ư ệ ệ ố ệ ở ả ệ ớ
nh ng thi t b đi u ki n nh t đ nh thì chúng còn có kh năng mã hoá đ c cữ ế ị ở ề ệ ấ ị ả ượ ả
tín hi u âm nh c. B mã hoá d ng sóng đ n gi n nh t là đi u xung mã (PCM),ệ ạ ộ ạ ơ ả ấ ề
đi u ch Delta (DM)... Tuy nhiên, nh c đi m c a b mã hoá d ng sóng làề ế ượ ể ủ ộ ạ
không t o đ c ti ng nói ch t l ng cao t i t c đ bit d i 16kbit/s, mà đi uạ ượ ế ấ ượ ạ ố ộ ướ ề
này đ c kh c ph c b mã hoá ngu n.ượ ắ ụ ở ộ ồ
Nguyên lý c a mã hoá ngu n là mã hoá ki u phát âm (vocoder), ví d nh bủ ồ ể ụ ư ộ
mã hoá d báo tuy n tính (LPC). Các b mã hoá này có th th c hi n đ c t iự ế ộ ể ự ệ ượ ạ
t c đ bít c 2kbps. H n ch ch y u c a b mã hoá ki u phát âm LPC là giố ộ ỡ ạ ế ủ ế ủ ộ ể ả
thi t r ng: tín hi u ti ng nói bao g m c âm h u thanh và âm vô thanh. Do đóế ằ ệ ế ồ ả ữ
v i âm h u thanh thì ngu n kích thích b máy phát âm s là m t dãy các xung,ớ ữ ồ ộ ẽ ộ
còn v i các âm vô thanh thì nó s là m t ngu n nhi u ng u nhiên. Trong th c tớ ẽ ộ ồ ễ ẫ ự ế
có r t nhi u cách đ kích thích c quan phát âm. Và đ đ n gi n hoá, ng i taấ ề ể ơ ể ơ ả ườ
gi thi t r ng ch có m t đi m kích thích trong toàn b giai đo n lên gi ng c aả ế ằ ỉ ộ ể ộ ạ ọ ủ
ti ng nói, dù cho đó là âm h u thanh.ế ữ
Có r t nhi u ph ng pháp mô hình hoá s kích thích: Ph ng pháp kíchấ ề ươ ự ươ
thích đa xung (MPE), ph ng pháp kích thích xung đ u (RPE), ph ng pháp dươ ề ươ ự
đoán tuy n tính kích thích mã (CELP). Ph n này s t p trung ch y u gi i thi uế ầ ẽ ậ ủ ế ớ ệ
Trang 63
Ch ng 3 Các bi n pháp đ m b o ch t l ng d ch vươ ệ ả ả ấ ượ ị ụ
ph ng pháp d đoán tuy n tính kích thích mã CELP. Hi n nay ph ng pháp nàyươ ự ế ệ ươ
đã tr thành công ngh ch y u cho mã hoá ti ng nói t c đ th p.ở ệ ủ ế ế ố ộ ấ
3.1.1 Nguyên lý chung c a b mã hoá CELPủ ộ
Ph ng pháp CELP có nh c đi m là có m t th t c đòi h i tính toán nhi uươ ượ ể ộ ủ ụ ỏ ề
nên khó có th th c hi n trong th i gian th c. V y có m t ph ng pháp làm đ nể ự ệ ờ ự ậ ộ ươ ơ
gi n hoá th t c soát b ng mã sao cho không nh h ng t i ch t l ng ti ngả ủ ụ ả ả ưở ớ ấ ượ ế
nói. Đó là ph ng pháp s d ng các b ng mã đ i s ACELP (Algebraic CELP)ươ ử ụ ả ạ ố
trong đó các b ng mã đ c t o ra nh các mã s a l i nh phân đ c bi t. Và đả ượ ạ ờ ử ỗ ị ặ ệ ể
nâng cao hi u qu rà soát b ng mã, ng i ta s d ng các b ng mã đ i s có c uệ ả ả ườ ử ụ ả ạ ố ấ
liên k t CS-ACELP (Conjugate-Structure ACELP). Khuy n ngh G729 đ a raế ế ị ư
nguyên lý c a b mã hóa ti ng nói s d ng ph ng pháp CS-ACELP mã hoáủ ộ ế ử ụ ươ
ti ng nói t c đ 8kbps.ế ố ộ
3.1.2 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP
Tín hi u PCM 64kbps đ u vào đ c đ a qua b mã hoá thu t toán CS-ệ ầ ượ ư ộ ậ
ACELP, đ c l y m u t i t n s 8kHz, sau đó qua b chuy n đ i thành tín hi uượ ấ ẫ ạ ầ ố ộ ể ổ ệ
PCM đ u 16 bit đ a t i đ u vào b mã hoá. Tín hi u đ u ra b gi i mã s đ cề ư ớ ầ ộ ệ ầ ộ ả ẽ ượ
chuy n đ i thành tín hi u PCM theo đúng tín hi u đ u vào. Các đ c tính đ uể ổ ệ ệ ầ ặ ầ
vào/đ u ra khác, gi ng nh c a tín hi u PCM 64kbps (theo khuy n ngh ITUầ ố ư ủ ệ ế ị
G.711), s đ c chuy n đ i thành tín hi u PCM đ u 16 bit t i đ u vào b mãẽ ượ ể ổ ệ ề ạ ầ ộ
hoá.
B mã hoá CS-ACELP d a trên c s c a b mã d báo tuy n tính kíchộ ự ơ ở ủ ộ ự ế
thích mã CELP.
B mã hoá CS-ACELP th c hi n trên các khung ti ng nói chu kỳ 10ms t ngộ ự ệ ế ươ
đ ng 80 m u t i t c đ l y m u là 8000 m u/s. C m i m t khung 10ms, tínươ ẫ ạ ố ộ ấ ẫ ẫ ứ ỗ ộ
hi u ti ng nói l i đ c phân tích đ l y các tham s c a b mã CELP (đó là cácệ ế ạ ượ ể ấ ố ủ ộ
tham s c a b l c d báo thích ng, ch s các b ng mã c đ nh và b ng mãố ủ ộ ọ ự ứ ỉ ố ả ố ị ả
thích ng cùng v i các tăng ích c a b ng mã). Các tham s này s đ c mã hoáứ ớ ủ ả ố ẽ ượ
và truy n đi.ề
T i phía thu, các tham s này s đ c s d ng đ khôi ph c các tham s tínạ ố ẽ ượ ử ụ ể ụ ố
hi u kích thích và các tham s c a b l c t ng h p. Tín hi u ti ng nói s đ cệ ố ủ ộ ọ ổ ợ ệ ế ẽ ượ
khôi ph c b ng cách l c các tham s tín hi u kích thích này thông qua b l cụ ằ ọ ố ệ ộ ọ
Trang 64
Ch ng 3 Các bi n pháp đ m b o ch t l ng d ch vươ ệ ả ả ấ ượ ị ụ
t ng h p ng n h n. B l c t ng h p ng n h n d a trên c s b l c d báoổ ợ ắ ạ ộ ọ ổ ợ ắ ạ ự ơ ở ộ ọ ự
tuy n tính LP b c 10. B l c t ng h p dài h n, hay b l c t ng h p đ cao dùngế ậ ộ ọ ổ ợ ạ ộ ọ ổ ợ ộ
cho vi c làm tròn mã thích ng. Sau khi khôi ph c, nh b l c sau ti ng nói sệ ứ ụ ờ ộ ọ ế ẽ
đ c làm tăng đ trung th c.ượ ộ ự
3.1.3 Chu n nén G.729Aẩ
G729A là thu t toán mã hoá ti ng nói tiêu chu n cho tho i và s li u đ ngậ ế ẩ ạ ố ệ ồ
th i s hoá (DSVD). G.729A là s trao đ i lu ng bit v i G.729, có nghĩa là tínờ ố ự ổ ồ ớ
hi u đ c mã hoá b ng thu t toán G.729A có th đ c gi i mã thông qua thu tệ ượ ằ ậ ể ượ ả ậ
toán G.729 và ng c l i. Gi ng nh G.729, nó s d ng thu t toán d báo tuy nượ ạ ố ư ử ụ ậ ự ế
tính mã kích thích đ i s đ c c u trúc liên k t (CS-ACELP) v i các khungạ ố ượ ấ ế ớ
10ms. Tuy nhiên m t vài thu t toán thay đ i s đ c gi i thi u mà k t qu c aộ ậ ổ ẽ ượ ớ ệ ế ả ủ
các thu t toán này làm gi m 50% đ ph c t p.ậ ả ộ ứ ạ
Nguyên lý chung c a b mã hoá và gi i mã c a thu t toán G.729A giông v iủ ộ ả ủ ậ ớ
G.729. Các th t c l ng t hoá và phân tích LP c a các đ khuy ch đ i b ngủ ụ ượ ử ủ ộ ế ạ ả
mã c đ nh và thích ng gi ng nh G.729. Các thay đ i thu t toán chính so v iố ị ứ ố ư ổ ậ ớ
G.729 s t ng k t nh sau:ẽ ổ ế ư
B l c tr ng s th c m s d ng các tham s b l c LP đã l ng t vàộ ọ ọ ố ụ ả ử ụ ố ộ ọ ượ ử
đ c bi u di n là W(z) = A(z)/A(z/ượ ể ễ γ) v i giá tr c đ nh ớ ị ố ị γ = 0,75.
Phân tích đ lên gi ng m ch vòng h đ c đ n gi n hoá b ng cách s d ngộ ọ ạ ở ượ ơ ả ằ ử ụ
ph ng pháp decimation (có nghĩa là trích 10 l y 1) trong khi tính s t ng quanươ ấ ự ươ
c a ti ng nói tr ng s .ủ ế ọ ố
Các tính toán ph n ng xung c a b l c t ng h p tr ng s W(z)/A(z) c a tínả ứ ủ ộ ọ ổ ợ ọ ố ủ
hi u ban đ u và vi c thi t l p tr ng thái ban đ u c a b l c đ c đ n gi n hoáệ ầ ệ ế ậ ạ ầ ủ ộ ọ ượ ơ ả
b ng cách thay th W(z) b ng 1/A(z/ằ ế ằ γ).
Vi c tìm b ng mã thích ng đ c đ n gi n hoá. Thay vì tìm t p trung ệ ả ứ ượ ơ ả ậ ở
m ch vòng t ong, gi i pháp tìm s đ hình cây đ sâu tr c đ c s d ng.ạ ổ ả ơ ồ ộ ướ ượ ử ụ
T i b gi i mã, ho ba c a b l c sau s đ c đ n gi n b ng cách s d ngạ ộ ả ạ ủ ộ ọ ẽ ượ ơ ả ằ ử ụ
ch các đ tr nguyên.ỉ ộ ễ
C hai b mã hoá G.729 và G.729A đã đ c th nghi m trên vi m ch T1ả ộ ượ ử ệ ạ
TMS320C50 DSP. Trong khi th nghiêm USH, thu t toán mã hóa song côngử ậ
Trang 65
Ch ng 3 Các bi n pháp đ m b o ch t l ng d ch vươ ệ ả ả ấ ượ ị ụ
G.729A yêu c u 12,4 MIPS, trong khi G.729 yêu c u 22,3 MIPS. S d ng G.729Aầ ầ ử ụ
gi m đ c kho ng 50% đ ph c t p so v i s d ng G.729 v i vi c gi m m t ítả ượ ả ộ ứ ạ ớ ử ụ ớ ệ ả ộ
ch t l ng trong tr ng h p 3 b đôi ( mã hóa/gi i mã) và trong tr ng h p cóấ ượ ườ ợ ộ ả ườ ợ
t p âm n n.ạ ề
3.1.4 Chu n nén G.729Bẩ
G.729B đ a ra m t nguyên lý nén im l ng t c đ bit th p đ c thi t k vàư ộ ặ ố ộ ấ ượ ế ế
t i u hoá đ làm vi c trung đ c v i c G.729 và g.729A ph c t p th p. Đố ư ể ệ ượ ớ ả ứ ạ ấ ể
đ t đ c vi c nén im l ng t c đ bit th p ch t l ng t t, m t mô đun b dòạ ượ ệ ặ ố ộ ấ ấ ượ ố ộ ộ
ho t đ ng tho i khung c b n là y u t c n thi t đ dò các khung tho i khôngạ ộ ạ ơ ả ế ố ầ ế ể ạ
tích c c, g i là các khung t p âm n n ho c khung im l ng. Đ i v i các khungự ọ ạ ề ặ ặ ố ớ
tho i không tích c c đã dò đ c này, m t mô đun truy n gián đo n đo s thayạ ự ượ ộ ề ạ ự
đ i theo th i gian c a đ c tính tín hi u tho i không tích c c và quy t đ nh xemổ ờ ủ ặ ệ ạ ự ế ị
có m t khung mô t thông tin im l ng m i không có th đ c g i đi đ duy trìộ ả ặ ớ ể ượ ử ể
ch t l ng tái t o c a t p âm n n t i đ u cu i thu. N u có m t khung nh thấ ượ ạ ủ ạ ề ạ ầ ố ế ộ ư ế
đ c yêu c u, các tham s năng l ng và ph mô t các đ c tính c m nh nượ ầ ố ượ ổ ả ặ ả ậ
đ c c a t p âm n n đ c mã hoá và truy n đi m t cách hi u qu dùng khungượ ủ ạ ề ượ ề ộ ệ ả
15 b/khung. T i đ u cu i thu, môđun t o ra âm phù h p s t o t p âm n n đ uạ ầ ố ạ ợ ẽ ạ ạ ề ầ
ra s d ng tham s c p nh t đã phát ho c các tham s đã có tr c đó. T p âmử ụ ố ậ ậ ặ ố ướ ạ
n n t ng h p đ t đ c b ng cách l c d báo tuy n tính tín hi u kích thích giề ổ ợ ạ ượ ằ ọ ự ế ệ ả
tr ng đ c t o ra trong n i b c a m c đi u khi n. Ph ng pháp mã hoá t p âmắ ượ ạ ộ ộ ủ ứ ề ể ươ ạ
n n ti t ki m t c đ bit cho ti ng nói mã hoá t i t c đ bit trung bình th p 4kbpsề ế ệ ố ộ ế ạ ố ộ ấ
trong cu c đàm tho i ti ng nói bình th ng đ duy trì ch t l ng tái t o.ộ ạ ế ườ ể ấ ượ ạ
Đ i v i các ng d ng DSVD (Digital Simultaneous Voice and Data: tho i vàố ớ ứ ụ ạ
s li u đ ng th i s hoá) và đ nh y t c đ bit khác, G729B là đi u ki n t iố ệ ồ ờ ố ộ ạ ố ộ ề ệ ố
c n thi t đ gi m t c đ bit h n n a b ng cách s d ng công ngh nén im l ng.ầ ế ể ả ố ộ ơ ữ ằ ử ụ ệ ặ
Khi không có ti ng nói, t c đ bit có th gi m, gi i phóng dung l ng kênh choế ố ộ ể ả ả ượ
các ng d ng x y ra đ ng th i, ví d nh các đ ng truy n ti ng khác trongứ ụ ả ồ ờ ụ ư ườ ề ế
đi n tho i t bào đa truy nh p phân kênh theo mã/ theo th i gian (TDMA/CDMA)ệ ạ ế ậ ờ
ho c truy n s li u đ ng th i. M t ph n đáng k trong các cu c đàm tho iặ ề ố ệ ồ ờ ộ ầ ể ộ ạ
thông th ng là im l ng, trung bình lên t i 60% c a m t cu c đàm tho i haiườ ặ ớ ủ ộ ộ ạ
chi u. Trong su t quá trình im l ng, thi t b đ u vào ti ng ví d nh tai nghe, sề ố ặ ế ị ầ ế ụ ư ẽ
thu thông tin t môi tr ng n. M c và đ c tính n có th thay đ i đáng k , từ ườ ồ ứ ặ ồ ể ổ ể ừ
m t phòng im l ng t i đ ng ph n ào ho c t m t chi c xe ô tô chuy n bánhộ ặ ớ ườ ố ồ ặ ừ ộ ế ể
nhanh. Tuy nhiên, h u h t các ngu n t p âm th ng mang ít thông tin h n thôngầ ế ồ ạ ườ ơ
Trang 66