Luận văn:Nâng cao chất lượng thoại trên mạng IP bằng kỹ thuật bù mất gói

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

67
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mỗi máy tính trong truờng khi muốn kết nối mạng thì cần phải có 1 địa chỉ mạng, gọi là địa chỉ IP. Địa chỉ này do Ban Quản lý Mạng Trường cung cấp. Thông số cụ thể về địa chỉ của mỗi máy được BQL Mạng dán trên thùng của mỗi máy tính. Sau đây là các bước thực hiện thao tác cài đặt thông số IP cho máy tính. Ta chọn Start / Setting / Control Panel

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nâng cao chất lượng thoại trên mạng IP bằng kỹ thuật bù mất gói

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñươc hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Ph m Văn Tu n. TRƯƠNG LÊ PHƯƠNG ANH Ph n bi n 1: TS. Ngô Văn S NÂNG CAO CH T LƯ NG THO I Ph n bi n 2: TS. Lương H ng Khanh TRÊN M NG IP B NG K THU T BÙ M T GÓI Lu n văn s ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn Chuyên ngành: K thu t ñi n t t t nghi p Th c sĩ ngành K thu t ñi n t h p t i Đ i h c Mã s : 60.52.70 Đà N ng vào ngày 26 tháng 06 năm 2011. TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u Đ i h c Đà N ng Đà N ng, năm 2011 - Trung tâm H c li u Đ i h c Đà N ng
3 4 Ph m vi nghiên c u : Công ngh VoIP và các tiêu chu n QoS liên quan. M Đ U 4. M C TIÊU NGHIÊN C U 1. TÍNH C P THI T C A Đ TÀI Nghiên c u ñ hi u rõ các phương pháp bù m t gói. Ngày nay, khi xã h i phát tri n, nhu c u liên l c c a con ngư i càng 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U tr nên bùng n và c p thi t, các yêu c u v lo i hình d ch v thông tin V lý thuy t: Thu th p tài li u ñ nghiên c u các bi n pháp bù m t ngày càng phong phú. Tuy nhiên các d ch v này l i chi m r t nhi u gói ñ nâng cao ch t lư ng tho i. băng thông ñư ng truy n. 6. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI Đ s d ng tài nguyên vi n thông m t cách hi u qu nh t, k thu t - ng d ng lý thuy t c a k thu t x lý tín hi u và các phương pháp chuy n m ch gói ñã ra ñ i. Công ngh này chia d li u c n v n chuy n x lý ti ng nói ñ nâng cao ch t lư ng truy n d n tho i. thành các gói (hay các khung) có kích thư c và ñ nh d ng xác ñ nh. M i - H tr hi u bi t cho b n thân v i tư cách là m t k thu t viên v n gói như v y s ñư c v n chuy n riêng r và ñ n nơi nh n b ng các ñư ng hành h th ng VoIP. truy n khác nhau. Khi toàn b các gói d li u ñã ñ n nơi nh n thì chúng 7. K T C U C A LU N VĂN s ñư c h p l i thành d li u ban ñ u. Lu n văn g m 4 chương: Ti t ki m băng thông ñư ng truy n và nâng cao ch t lư ng cu c g i là ñi u quan tr ng mà nhà cung c p d ch v c n ph i quan tâm. Tuy CHƯƠNG 1 – T NG QUAN VoIP & CH T LƯ NG TRUY N nhiên, khi truy n tho i trên m ng chuy n m ch gói, do tho i là d ch v D N THO I TRONG M NG IP th i gian th c nên nó ch cho phép th i gian tr và t l m t gói th p. 1.1. GI I THI U VoIP M t gói l n x y ra làm ch t lư ng cu c g i kém ñi, gây khó ch u cho Công ngh VoIP (Voice Over Internet Protocol) là công ngh truy n khách hàng. Vì v y, vi c nghiên c u và áp d ng các bi n pháp ñ nâng tho i gói. Nguyên t c tho i trên IP bao g m vi c s hóa ti ng nói, ti p cao ch t lư ng cu c g i trong m ng IP là ñi u r t c n thi t. theo là nén tín hi u s phù h p, chia tín hi u thành các gói d li u, cu i 2. M C ĐÍCH NGHIÊN C U cùng là truy n các gói d li u này trên m ng s d ng công ngh IP. Đ n Đ tài ti n hành nghiên c u t ng quan VoIP; các y u t nh hư ng nơi nh n, các gói d li u ñư c t p h p l i, tín hi u d li u nh n ñư c gi i ch t lư ng tho i, các nguyên nhân d n ñ n vi c m t gói tho i; tìm hi u mã, sau ñó ñư c chuy n ñ i thành tín hi u tương t ñ ph c h i âm mô hình t o ti ng nói, phân tích và áp d ng phương pháp bù m t gói thanh. tho i ñ nâng cao ñư c ch t lư ng d ch v . 1.2. L I ÍCH C A VoIP 3. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U 1.3. H.323 – TIÊU CHU N V N CHUY N TI NG NÓI TRÊN Đ i tư ng nghiên c u : M NG IP - Phương pháp x lý ti ng nói . 1.3.1. Khái ni m H.323 - Phương pháp bù m t gói ñ i v i tho i trong m ng IP. 1.3.2. Ki n trúc H.323
5 6 1.3.3. Các giao th c ñi u khi n, thi t l p cu c g i trong H.323 Hình 1.6. H th ng VoIP ñi n hình 1.4. CH T LƯ NG TRUY N D N THO I TRONG M NG IP 1.4.1.1. Tr do Gateway gây ra Gateway là thi t b trung gian gi a các m ng, th c hi n ch c năng “phiên d ch”, th c hi n x lý DSP và gói hóa tho i. Các gói tho i ñư c Giao di n m ng X lý tín hi u s X lý gói truy n linh ho t trong m ng IP nh cơ ch ho t ñ ng hi u qu c a các b PCM DSP coding ñ nh tuy n (Router). Router nh n các gói tho i trên ñư ng truy n, l n lư t bóc tách các header và ñ c ñ a ch IP m ng ñ xác ñ nh ñư ng ñi t i B ñ m và ñóng B ñ m Giao di n m ng gói Jitter ưu nh t t i ñích. T1, E1 Vì ñư c th c hi n nhi u quá trình x lý t i Gateway (DSP, ñóng TCP/IP gói..) và ph i qua nhi u Router trên ñư ng truy n ñ ñ n ñích nên th i Ngăn x p giao th c gian tr c a gói tho i l n, ñi u này nh hư ng r t nhi u ñ n ch t lư ng tho i. V b n ch t, m ng IP l i là m ng best-effort, nó không ñ m b o tin Giao di n m ng c y hoàn toàn, do v y, m t gói luôn luôn có th x y ra… Ethernet Đ cung c p tho i có ch t lư ng t t nh t, ta c n quan tâm ñ n các Hình 1.7. Quá trình x lý c a Gateway IP y ut nh hư ng ch t lư ng như: tr , m t gói hay echo; t ñó ñ ra các • Tr giao di n m ng phương th c gi m thi u nh ng nh hư ng này. • Tr trong quá trình x lý tín hi u s 1.4.1. Tr X lý tín hi u s ñư c th c hi n b ng ph n c ng DSP chuyên d ng Tr trong h th ng VoIP cơ b n t hai ngu n: tr do b n thân hay k t h p thu t toán ph n m m ñ th c hi n: nén/ gi i nén ti ng nói, Gateway gây ra và tr do b n thân m ng dùng ñ k t n i hai Gateway phát hi n tone, phát hi n im l ng, t o tone, t o nhi u d ch u và tri t echo gây ra. Vì tr là tích lũy, do v y, b t c th i gian tr nào do các thành trên t ng khung ti ng nói. Quá trình DSP th c hi n x lý toàn b các ph n c a VoIP gây ra s tr c ti p nh hư ng ñ n t ng th i gian tr toàn khung d li u cùng m t lúc. h th ng. Trong VoIP, m c tiêu ph n ñ u là th i gian tr m t hư ng nh Th i gian tr c a quá trình x lý s tùy thu c vào kích thư c khung hơn 300 ms (frame) ñ i v i t ng phương pháp mã hóa tho i. • Tr x lý gói Sau khi th c hi n x lý s , h th ng VoIP ñ t vào b ñ m các khung d li u ti ng nói ñã ñư c mã hóa trư c khi gói hóa ñ truy n ñi. M i gói d li u VoIP b t ñ u v i 40 byte header c a giao th c IP, UDP và RTP. Header ch a ñ a ch IP ngu n/ñích, s c ng UDP, s th
7 8 t gói và các thông tin c n thi t khác ñ truy n d li u. Sau header, có Sau ñây là các k thu t ñư c s d ng ñ hi u ch nh và khôi ph c s m t hay nhi u khung d li u tho i mã hóa theo sau. m t gói. Các k thu t này s ñư c trình bày k hơn trong chương 3 phía Quy t ñ nh d n nén nhi u khung d li u vào m t gói ñơn là s cân sau. nh c quan tr ng ñ i v i m i h th ng VoIP. N u khung d li u có kích • Khôi ph c các gói b m t phía phát thư c nh hơn so v i 40 byte header, thì c n ñ t nhi u hơn m t khung - Media-independent FEC tho i mã hóa vào m i gói IP ñ gi m lãng phí do header IP gây ra. Tuy - Media-dependent FEC: các gói tho i d phòng ñư c ñi kèm v i nhiên, ñi u này gây thêm nhi u th i gian tr do thêm th i gian c a chu các gói tho i khác ñ có th th c hi n khôi ph c gói b m t. kỳ khung khác. - M t gói tho i ñư c chia ra thành các unit nh hơn và x p xen k 1.4.1.2. Tr do m ng IP gây ra nhau trong các gói khác nhau. 1.4.2. Echo • Khôi ph c các gói b m t phía thu 1.4.3. M t gói - Bên thu bù m t gói b ng cách thay th nhi u n n vào v trí các gói M ng VoIP là m ng không tin c y v b n ch t nên thư ng x y ra b m t hay l p l i gói cu i cùng nh n ñư c trong su t kho ng th i gian hi n tư ng m t gói. Ph n l n nguyên nhân m t gói có th là: khi gói b m t. - M t gói vì l i truy n d n. N u checksum ki m tra b h ng thì gói b - Th c hi n ngo i suy hay n i suy gói b m t t các gói ñư c nh n lo i b . trư c hay gói nh n sau.[12] - Gói b m t do ngh n m ng (m ng quá t i). N u không ñ không - Th c hi n tái t o gói b m t theo mô hình hu n luy n. gian b ñ m trong các Router, hàng ñ i x y ra hi n tư ng tràn. M t 1.5. K T LU N CHƯƠNG Router thư ng có b ñ m giao ti p ngõ vào, b ñ m h th ng và b Chương 1 ñã trình bày m t cách t ng quan v VoIP và các v n ñ ñ m giao ti p ngõ ra. M t gói ngõ vào thư ng x y ra khi Router c n quan tâm ñ nâng cao ch t lư ng ti ng nói trong m ng IP. Tuy nhiên, không th x lý các gói ñ nhanh. M t gói ngõ ra khi k t n i ngõ ra ñ có cơ s th c hi n vi c bù m t gói s trình bày chương 3, ta c n hi u quá b n. thêm v cơ ch t o ti ng nói và các k thu t x lý. - M t gói x y ra do gói tr i qua m t th i gian tr trên m ng quá l n Chương 2 s trình bày mô hình t o ti ng nói, các k thu t trong x lý và ñ n ñích quá tr . tín hi u ti ng nói và phương pháp mã hóa ñư c ng d ng trong VoIP. Đ i v i các ng d ng không ph i th i gian th c như truy n file hay email.., m t gói không quan tr ng vì nó dùng cơ c u phát l i. Tuy nhiên, CHƯƠNG 2 - K THU T X LÝ TI NG NÓI D A TRÊN MÃ trong trư ng h p thông tin tho i th i gian th c, các gói ñ n ph i n m HÓA D ĐOÁN TUY N TÍNH trong c a s th i gian th c tương ñ i h p ñ tái t o tín hi u ti ng nói. Do 2.1. QUÁ TRÌNH T O TI NG NÓI v y cơ c u phát l i th c s không phù h p.
9 10 Hình 2.2. Mô hình cơ h c c a cơ quan phát âm ngư i Hình 2.7. Phân tích tín hi u thành frame 2.2. MÔ HÌNH D ĐOÁN TUY N TÍNH 2.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MÃ HÓA D ĐOÁN TUY N TÍNH Tín hi u ti ng nói thay ñ i theo th i gian. ng v i m t ño n ti ng nói ng n (g i là segment hay frame), ti ng nói ñư c xem là tín hi u d ng. Nói cách khác, mô hình b máy phát âm là không ñ i trên m i segment. Thông thư ng, m i segment có chi u dài 20ms, n u ti ng nói ñư c l y m u t i t n s 8kHz thì s m u trong 1 segment là 160 m u. Hình 2.6. Mô hình toán h c c a vi c t o ti ng nói Xét m t frame ti ng nói: Đ i v i mô hình d ñoán tuy n tính trên, b T nguyên lý t o ti ng nói ngư i như trên, m t mô hình toán h c máy phát âm ñư c xem như b l c toàn c c v i ñ u vào b l c là m t (mô hình mã hóa d ñoán tuy n tính) ñư c dùng ñ mô ph ng vi c t o chu i nhi u tr ng hay là m t dãy xung t a tu n hoàn; ñ u ra b l c là ti ng nói:[13] ti ng nói s . B l c này là b l c ñ quy nhưng ch l y ñ u vào là m u M i quan h gi a mô hình v t lý và mô hình toán h c: âm kích thích hi n t i u(n) ñ tính thay vì l y m m u quá kh c a u(n). B máy phát âm H(z) ( B l c LPC) Ti ng nói ñ u ra ñư c mô t b ng công th c: M Không khí u(n) (Kích thích) s (n) = Gu (n) − ∑ a k s (n − k ) (2.2) S rung c a dây thanh âm V (Voiced) k =1 Chu kỳ rung c a dây thanh âm T (Chu kỳ pitch) V i ak là h s d ñoán tuy n tính. M: b c d ñoán . ≈ Ph âm sát và ph âm b t UV (Unvoiced) G i s (n) là m u hi n t i c a ti ng nói ñư c d ñoán tuy n tính t M Đ l n không khí G (Đ l i) m u quá kh c a ti ng nói. ≈ M 2.3. FRAMING, OVERLAP-ADDING TRONG X LÝ TÍN HI U s (n) = ∑ a k s (n − k ) (2.3) TI NG NÓI k =1 Như v y, sai l ch e(n) gi a m u ti ng nói th c và m u d ñoán: ≈ M e( n ) = s ( n ) − s ( n ) = s ( n ) − ∑ a k s ( n − k ) (2.4) k =1 Do v y, t ng c a sai l ch d ñoán bình phương c a c frame: M (2.5) E = ∑ e 2 (n) = ∑ (s(n) − ∑ ak s(n − k ))2 N : kích thư c c a frame n n k =1 m : s lư ng frame
11 12 2.4.1. Xác ñ nh các thông s b l c và ñ l i Đ xác ñ nh các h s b l c d ñoán tuy n tính, ta ph i t i thi u hóa Hình 2.9. Thu t toán CELP t ng sai l ch bình phương E b ng cách thi t l p ñ o hàm c a E ñ i v i 2.5.1. Quá trình mã hóa CELP a k b ng ∂ E v i 1≤k≤M (2.6) = 0 Input speech samples ∂ a k Preprocessing H s b l c ak (h s d ñoán tuy n tính) ñư c gi i b ng thu t toán LP analysis Levinson-Durbin. Fixed codebook Gc quantization search interpolation H s ñ l i có giá tr bình phương b ng năng lư ng dư th a trong LPC info quá trình t i ưu hóa bình phương ñ tìm các thông s ak. [13] Gp + Synthesis filter + 2.4.2. Xác ñ nh Voiced/Unvoiced và xác ñ nh chu kỳ pitch Adaptive codebook 2.4.3. B mã hóa LPC -10 LPC info Trong b mã hóa LPC-10, tín hi u ti ng nói ñư c chia thành khung Pitch analysis Perceptual có chi u dài 20ms hay 160 m u v i t n s l y m u l à 8kHz. B c c a weighting Fixed codebook b l c LPC là 10. Thông thư ng, 10 thông s b l c d ñoán tuy n tính search ñư c chuy n sang thông s c p ph v ch LSP tương ñương vì LSP có ñ Pitch Gain quantization LPC info n ñ nh cao hơn. Quá trình mã hóa LPC s tính toán và truy n ñi các thông s b l c, Encoded bit stream of payload bytes d u hi u xác ñ nh voiced/unvoiced và chu kỳ pitch c a khung ti ng nói ñó. Hình 2.10. B mã hóa CELP Vì t c ñ c a b mã hóa LPC-10 là 2.4kbps, do v y, s bit c n dùng 2.5.2. Quá trình gi i mã CELP ñ mã hóa 1 khung là: 2400*0.02 = 48 bit. 2.5. PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA CELP Code index,sign Fixed Divide into 4 subframes Divide into N frames codebook Adaptive Stochastic search codebook search codebook search 10110 Gc LPC spectral Spectral Gain Gain Decoded analysis filtering samples parameters Synthesis Post High-pass ACB-gain Gp + filter filter filter Pitch delay Spectral parameters ACB-index SCB-gain SCB-index Adaptive codebook Stochastic Speech Linear + excitation prediction filter LSP LP filter Adaptive extraction Delay excitation
13 14 Hình 2.11. B gi i mã CELP Hình 3.2. Cơ ch ph c h i FEC 2.6. K T LU N CHƯƠNG Chương này trình bày phương pháp phân tích tín hi u ti ng nói. Đây là cơ s th c hi n nâng cao ch t lư ng ti ng nói chương 3. CHƯƠNG 3 - CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ M T GÓI & ĐÁNH GIÁ CH T LƯ NG TI NG NÓI 3.1. CÁC K THU T PH C H I M T GÓI Có hai k thu t ph c h i m t gói: k thu t ph c h i m t gói t phía phát và k thu t bù m t gói phía thu. Hai phương pháp này ñ u c g ng ph c h i gói b m t ñ cho ti ng nói có ch t lư ng t t nh t. 3.1.1. K thu t ph c h i m t gói t phía phát K thu t này có th phân chia như theo hình dư i ñây:[12] Hình 3.3. Ví d cơ ch ph c h i gói Redundancy Khôi ph c m t gói 3.1.1.3. K thu t s p x p xen k (Interleaving) phía phát B ñ ng Ch ñ ng Redundacy S a l i FEC Xen k gói Truy n l i (Media dependent) (Media independent) gói Hình 3.1. Phân lo i k thu t ph c h i m t gói t phía phát 3.1.1.1. Truy n gói l i 3.1.1.2. S a l i phía trư c (FEC-Forward Error Corection) Hình 3.4. Ví d cơ ch s p x p xen k 3.1.2. K thu t bù m t gói t phía thu K thu t này t o ra s thay th gói b m t b i gói tương t nguyên b n. 3.1.2.1. Bù m t gói b ng k thu t chèn (Insertion)
15 16 Cơ ch khôi ph c m t gói này có các lo i: - Tín hi u dư th a (sai l ch) ch a thông tin v tín hi u kích thích. N Voice packets 16 17 x(n) = ∑ a (i ) x(n − i ) + e(n) (3.1) i =1 11 12 13 14 15 Lost Lost 18 19 20 Ti ng nói ñư c t o ra b ng cách cho tín hi u kích thích ñi qua m t b x x l c t ng h p (b máy phát âm) (a) Các gói nh n ñư c có ch th m t gói Phương pháp bù này ñư c th c hi n hoàn toàn t bên thu ñ i v i tín 11 12 13 14 15 Nhi u Nhi u 18 19 20 20 hi u PCM. Nguyên t c cơ b n c a thu t toán này là ư c tính h s LP {a(i)} và tín hi u kích thích {e(n)} c a gói (frame) ti ng nói b m t d a (b) Khôi ph c b ng thay th nhi u n n vào thông tin ñư c trích ra t frame ti ng nói nh n t t trư c ñó. Hai 11 12 13 14 15 15 15 18 19 20 thông s này ñư c k t h p ñ t o ra x p x cho gói b m t. (c) Khôi ph c b ng l p l i gói trư c ñó • B phân tích LP Hình 3.5. K thu t ph c h i m t gói t phía thu theo cơ ch chèn Kh i này dùng ñ tìm các h s LP {a(i)}, mô ph ng hình d ng b 3.1.2.2. Bù m t gói d a vào mô hình LP máy phát âm c a m t frame ti ng nói. K thu t này dùng mô hình d ñoán tuy n tính LP (Linear Frame ti ng nói nh n t t trư c ñó ñư c ñưa vào b phân tích LP b c Prediction) c a quá trình t o ti ng nói. 10 ñ ñư c t o ra 10 h s d ñoán tuy n tính nh thu t toán Levinson- Durbin. 10 h s này ñư c dùng làm h s c a b l c d ñoán và b l c Pitch t ng h p. detector Past samples • B l c d ñoán x(n) Pitch period P Các m u thu c frame trư c ñó ñư c l c b ng b l c d ñoán và ch ∧ Reconstructed còn l i tín hi u dư th a. Tín hi u này ñư c dùng ñ d ñoán pitch trong Prediction e(n) Excitation e(n ) Synthesis signal filter Residual generator filter ∧ frame ti ng nói và t o tín hi u kích thích cho frame b m t. signal Excitation x(n ) 10 signal e(n) = x(n) − ∑ a (i ) x(n − i ) (3.2) LP coefficients i =1 a(i) • B d ñoán pitch LP analysis Kh i này th c hi n ư c ñoán pitch c a frame nh n t t trư c ñó t tín hi u dư th a. Thông tin pitch này ñư c dùng ñ xây d ng tín hi u kích Hình 3.6. Sơ ñ kh i thu t toán bù m t gói d a vào mô hình LP thích c a frame b m t. Theo mô hình LP, tín hi u ti ng nói x(n) g m hai thành ph n: Đ i v i frame unvoiced, tín hi u dư th a không có chu kỳ pitch. - Thông s d ñoán ch a thông tin b máy phát âm.
17 18 Đ i v i frame voiced, vì t n s cơ b n c a ti ng nói n m trong Tín hi u ti ng nói c a frame b m t ñư c tái t o b ng cách cho tín kho ng 50Hz – 500Hz, chu kỳ pitch ñư c xác ñ nh b ng cách tìm ñ nh hi u kích thích khi ñi qua b l c t ng h p ñ ñư c thêm vào thông tin b c a dãy chu n hóa re(n)/re(0) trong kho ng th i gian tương ng 3 ñ n máy phát . Các h s LP trong b phân tích LP ñư c dùng làm h s 15ms trong frame ti ng nói 20ms theo công th c sau: trong b l c t ng h p. B l c t ng h p là b l c toàn c c b c 10. 10 ∧ 10 ∧ ∧ re (n) = ∑ ra (i)r (n − i) (3.3) x(n) = ∑ a (i ) x(n − i ) + e(n) (3.6) i =1 i =1 V i ra(i), r(n-i) l n lư t là chu i t tương quan c a các h s d ñoán • Phương pháp bù m t gói d a theo mô hình LP là phương pháp ngo i và c a các m u trong 1 frame. suy, nó ch dùng các frame ñư c nh n trư c ñó, không dùng các frame 10 sau vì như th s tăng thêm th i gian tr , ñi u này không t t cho các ng ra (n) = ∑ ak (i )ak (i + n) (3.4) d ng th i gian th c. i =1 N −1 3.1.2.3. Bù m t gói dùng d ñoán tuy n tính ñ quy r (i ) = ∑ s(n)s (n + i) (3.5) Phương pháp này dùng d ñoán tuy n tính m t cách ñ quy ñ ư c n=0 lư ng frame (gói) b m t t các m u (sample) ti ng nói thu c các frame Chu kỳ pitch b ng giá tr n=Np, v i re(Np)/re(0) là l n nh t. k c n nh n ñư c. • B t o tín hi u kích thích Tín hi u dư th a và chu kỳ pitch c a frame nh n ñư c trư c ñó ñư c dùng ñ t o ra tín hi u kích thích cho frame b m t. N u frame nh n ñư c trư c ñó là unvoiced thì tín hi u kích thích c a frame b m t là nhi u. N u frame nh n ñư c trư c ñó là voiced thì tín hi u kích thích c a frame b m t ñư c t o ra b ng cách: l p P (pitch) m u cu i cùng trong tín hi u dư th a nhi u l n cho t i khi ñi n ñ y s m u trong tín hi u kích Hình 3.8. Sơ ñ kh i thu t toán bù m t gói dùng d ñoán tuy n tính thích. ñ quy P Bù m t gói ñơn dùng c d ñoán trư c và d ñoán sau. Residual signal Công th c d ñoán trư c (forward prediction) m t m u t các m u P P P P Excitation signal nh n ñư c trư c ñó: ∧ N Hình 3.7. Cách t o tín hi u kích thích c a frame b m t t frame x f ,n = −1 * ∑ a ix n − i (3.7) trư c ñó i=1 • B l c t ng h p
19 20 ∧ V i x f ,n là m u ñư c d ñoán thu c frame b m t, xn −i là các m u ∧ N ti ng nói thu c frame ñư c nh n trư c ñó. N là b c d ñoán; ai là h s x b ,n = − 1 * ∑ b i x n−i+ N +1 (3.9) i =1 ∧ LPC ñư c tính t M m u thu c frame nh n ñư c trư c frame b m t V i x b ,n là m u ñư c d ñoán sau thu c frame b m t, ( x n −i v i i= 1, 2, …, M và M là chi u dài c a frame ti ng nói). H s x n − i + N + 1 là các m u ti ng nói thu c frame nh n ñư c sau ñó; LPC ñư c tính b ng công th c Levinson-Durbin. ∧ bi là h s LPC ñư c tính t M m u thu c frame nh n ñư c sau frame b Các m u sau ñó, x f ,n + i ñư c d ñoán m t cách ñ quy b i các m u ∧ m t. H s LPC cũng ñư c tính b ng công th c Levinson-Durbin. Vì ñã ñư c d ñoán và các m u nh n ñư c trư c ñó. Ví d , x f ,n và xi ∧ th c hi n d ñoán sau nên c n nh n ñư c frame phía sau frame b m t, v i i=n-1, n-2,…., n-N+1 ñư c dùng ñ d ñoán m u x f ,n +1 . do v y, th i gian tr x lý tăng lên. Quá trình d ñoán m u ñư c l p l i cho toàn b frame b m t v i tr t t th i gian ngư c. Đ l i thích ng Gb ñư c áp d ng theo cách tương t . G b b t ñ u b ng 1 t i cu i frame b m t và b ng 1.8 t i ñ u frame b m t. Đ l i ñư c nhân vào các m u ti ng nói d ñoán. ∧ ∧ Có hai ư c ñoán cho frame b m t, ñó là x f ,n + i và x b , n + i . D ñoán ∧ ∧ trư c x f ,n + i d ñoán ph n ñ u c a frame b m t t t hơn; x b , n + i d ñoán Hình 3.9. Sơ ñ kh i thu t toán d ñoán các m u LPC t t hơn ph n sau c a frame b m t. Trong quá trình d ñoán các m u c a gói b m t, h s LPC c a frame Do v y, c n k t h p hai d ñoán v i tr ng s tuy n tính ñ ñ t ñư c b m t v n dùng nguyên l i h s LPC c a frame nh n t t trư c ñó. Quá d ñoán c a m t m u ñơn gi n: trình d ñoán m u ñư c l p l i cho toàn b frame b m t. ∧ ∧ ∧ ∧ N ∧ x n+i = ( 1 − α ). x f ,n + i + α .x b ,n + i (3.10) x f ,n + i = −1* ∑ a j x f ,n + i − j (3.8) V i α là tr ng s tăng tuy n tính, α=0 t i ñ u frame b m t và b ng 1 j =1 t i cu i frame b m t. Khi d ñoán, ñ l i c a ti ng nói d ñoán b gi m d n. Vì v y, c n có Theo phương pháp d ñoán ñ quy, bù m t gói ñơn th c hi n n i suy m t ñ l i tăng tuy n tính G f thêm vào. G f b t ñ u b ng 1 t i ñ u frame t gói trư c và gói sau c a gói b m t. N i suy gói b m t t gói hai b m t và b ng 1.8 t i cu i frame b m t. Đ l i ñư c nhân vào các m u chi u c i thi n t t hơn ch t lư ng ti ng nói, tuy nhiên, nó làm tăng ñ tr ti ng nói d ñoán. x lý vì ph i ñ i thêm gói tho i. D ñoán sau (backward prediction) là d ñoán b ng cách d a vào các 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CH T LƯ NG TI NG NÓI m u phía sau. Công th c sau là d ñoán sau c a m t m u t các m u 3.2.1. Phương pháp ñánh giá ch quan nh n ñư c sau ñó: 3.2.1.1. Phương pháp ñánh giá tuy t ñ i ACR Đánh giá ch t lư ng ti ng nói theo thang ñi m MOS t 1 -> 5
21 22 3.2.1.2. Phương pháp ñánh giá tương ñ i Bư c 3: Th c hi n các phương pháp bù m t gói d a trên cơ s d li u • Đánh giá b ng phương pháp so sánh các m u tín hi u theo CCR Bư c 4: Th c hi n ñánh giá ch t lư ng tho i sau khi ñư c bù m t gói • Phương pháp ñánh giá theo s suy gi m ch t lư ng DCR Bư c 5: Nh n xét & ñánh giá 3.2.2. Phương pháp ñánh giá khách quan 4.3. LƯU Đ CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ M T GÓI 3.2.2.1. Đo t s tín hi u trên nhi u trên t ng khung B tñ u • Trong mi n th i gian • Trong mi n t n s B tñ u V = Vector m t gói 3.2.2.2. Đo kho ng cách ph d a trên LPC • Phương pháp ño LLR i = 1; • Phương pháp ño IS Cơ s d li u (xét ch s th i c a V) • Phương pháp ño theo kho ng cách cepstrum ng v i m i ch s ch gói b m t: 3.2.2.3. Đánh giá mô ph ng theo c m nh n nghe c a con ngư i - L y gói trư c ñó ñ th c hi n bù cho gói b m t. Gi l p m t gói ñơn trên t ng câu theo - N u m t gói ñ u tiên thì bù gói ñ u tiên b ng gói nhi u. • Phương pháp ño Weighted Spectral Slope các t l m t: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% • Phương pháp ñánh giá c m nh n ch t lư ng tho i PESQ T gói nh n ñư c trư c ñó, xác ñ nh các thông s : 3.3. K T LU N CHƯƠNG - H s d ñoán tuy n tính LPC - Tín hi u residual Chương này ñã trình bày các phương pháp khôi ph c m t gói phía - Voiced/Unvoiced Th c hi n bù m t gói theo các phương - Chu kỳ pitch P phát & phía thu, ñ ng th i trình bày m t s phương pháp ch quan & pháp: - Đ l i Gain - Thay th b ng nhi u khách quan ch t lư ng ti ng nói. - L p l i gói nh n ñư c trư c ñó Th c hi n t o gói b m t: - D a vào mô hình LP - N u gói trư c là Unvoiced, gói b m t có: CHƯƠNG 4 – TH C HI N MÔ PH NG & ĐÁNH GIÁ CÁC - D ñoán tuy n tính ñ quy + Tín hi u kích thích là nhi u + H s LPC & Gain là các h s c a gói trư c ñó. PHƯƠNG PHÁP BÙ M T GÓI - N u gói trư c là Voiced, gói b m t có: + Tín hi u kích thích ñư c t o ra b ng cách l y P giá tr 4.1. GI I THI U CHƯƠNG cu i cùng trong tín hi u residual và l p l i nhi u l n cho Cơ s d li u m i dùng cho vi c ñ n h t chi u dài gói D a vào lý thuy t ñã nghiên c u ñư c, chương này xây d ng các lưu ñánh giá ch t lư ng + H s LPC & Gain là các h s c a gói trư c ñó. - Th c hi n gi i mã LPC cho gói b m t ñ thu t toán bù m t gói bên nh n và th c hi n mô ph ng các thu t toán bù này b ng Matlab. Sau ñó ñánh giá các k t qu thu ñư c b ng các phương pháp ñánh giá khách quan và ch quan. K t thúc i = i+1; Y 4.2. QUY TRÌNH MÔ PH NG BÙ M T GÓI VÀ ĐÁNH GIÁ i ≤ length(V) THU T TOÁN Hình 4.1. Lưu ñ t ng quát N Ghép các gói l i theo t l ch ng l p overlap là 50% Bư c 1: Xây d ng thu t toán th c hi n bù m t gói Bư c 2: Mô ph ng cơ s d li u b m t gói K t thúc
23 24 Hình 4.2. Lưu ñ th c hi n bù m t gói d a vào mô hình LP Hình 4.3. Lưu ñ bù m t gói dùng d ñoán tuy n tính ñ quy 4.4. ĐÁNH GIÁ KHÁCH QUAN CH T LƯ NG TI NG NÓI B tñ u SAU KHI ĐƯ C BÙ M T GÓI Có nhi u tiêu chí ñ ñánh giá khách quan ch t lư ng ti ng nói như: V = Vector m t gói - Đo t s tín hi u trên nhi u trên t ng khung i = 1; (xét ch s th i c a V) - Đo kho ng cách ph d a trên h s d ñoán tuy n tính LPC - Đánh giá mô ph ng theo c m nh n nghe c a con ngư i ng v i m i ch s ch gói b m t: - L y gói trư c ñó và gói sau ñ th c hi n bù cho gói b m t. Các tiêu chí ñánh giá khách quan này ñ u d a vào s so sánh gi a - N u m t gói ñ u tiên thì bù b ng backward prediction - N u m t gói cu i cùng thì bù b ng forward prediction file s ch và file ñã ñư c bù m t gói. Forward prediction: ai - T gói nh n ñư c trư c ñó, xác ñ nh: N h s d ñoán tuy n tính LPC (i=1 N). - D ñoán các m u c a gói b m t t các m u c a gói trư c ñó: ∧ N x f , n = − 1 * ∑ a i x n − i i = 1 Gf Gf - tăng tuy n tính, = 1 t i ñ u frame b m t và b ng 1.8 t i cu i frame b m t. Backward prediction: Hình 4.5. Đánh giá khách quan theo FWSEG-MARS bi - T gói nh n ñư c phía sau, xác ñ nh: N h s d ñoán tuy n tính LPC (i=1 N). - D ñoán các m u c a gói b m t t các m u c a gói phía sau: ∧ N x b ,n = − 1 * ∑ bi x n − i+ N +1 i=1 Gb Gb = 1 t i cu i frame b - tăng tuy n tính, m t và b ng 1.8 t i ñ u frame b m t. N i suy gói b m t t 2 gói: phía trư c và phía sau: ∧ ∧ ∧ x n + i = (1 − α ). x f , n + i + α . x b , n + i Hình 4.10. Đánh giá khách quan theo CEP α tăng tuy n tính, α=0 t i ñ u gói b m t và b ng 1 t i cu i gói. i = i+1; Hình 4.12. ánh giá khách quan theo PESQ Y i ≤ length(V) N Ghép các gói l i theo t l ch ng l p overlap là 50% K t thúc
25 26 voiced hay voiced unvoiced) thì bù m t gói không th c hi n t t. N u m t gói có kích thư c l n thì ch t lư ng x lý không t t b ng m t gói có kích thư c nh …. Hình 4.12. Đánh giá khách quan theo PESQ 4.5.3. K T LU N CHƯƠNG 4.5. ĐÁNH GIÁ CH QUAN CH T LƯ NG TI NG NÓI SAU K T LU N VÀ KI N NGH KHI ĐƯ C BÙ M T GÓI M t gói trong VoIP là m t y u t làm ch t lư ng tho i suy gi m, do 4.5.1. Phân chia cơ s d li u cho t ng ngư i tham gia ñánh giá v y vi c xem xét và gi i quy t v n ñ này r t quan tr ng. 4.5.2. Ho t ñ ng c a công c ñánh giá Đ án ñã th c hi n ñư c các v n ñ : 4.5.3. K t qu - Tìm hi u cơ ch truy n gói tho i trong m ng IP. M c dù s d ng 3 phương pháp ñánh giá ch quan (MOS, CCR, - Tìm hi u các y u t nh hư ng ñ n ch t lư ng truy n d n tho i. DCR) ñ ñánh giá ch t lư ng ti ng nói sau khi bù m t gói, tuy nhiên, - Tìm hi u mô hình t o ti ng nói và hai lo i mã hóa ti ng nói thư ng MOS v n là phương pháp cho thang ñi m ñánh giá h p lý nh t, b i nó ñư c dùng trong m ng IP: LPC và CELP. ph n ánh tr c ti p nh n xét c a ngư i nghe ñ i v i chính ch t lư ng câu - Tìm hi u phương pháp s a m t gói ñ i v i bên phát và phương ñã ñư c x lý ñ y mà không ph i tuân theo thang ñi m tham chi u khi so pháp bù m t gói ñ i v i bên nh n: thay gói b m t b ng nhi u, l p l i gói sánh câu ñư c x lý v i câu b l i. trư c ñó nh n ñư c, dùng mô hình l c ngu n LP hay dùng tuy n tính ñ quy. MOS - Tìm hi u các phương pháp ñánh giá ch t lư ng ti ng nói ch quan 5 4 và khách quan. Noise 3 Repeat - Mô ph ng bù m t gói ñơn b ng ngôn ng Matlab; th c hi n ñánh MOS 2 LP-based 1 Recur_LP giá hi u qu các thu t toán bù b ng phương pháp ñánh giá khách quan và 0 ki m nghi m l i b ng phương pháp ñánh giá ch quan. 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% Packe t Loss (%) Tuy nhiên, vi c th c hi n bù m t gói m i ch th c hi n gi i quy t ñ i v i m t gói ñơn; th c hi n ñư c m t s phương pháp bù ñi n hình: k Hình 4.13.Đ th ñánh giá ch quan ch t lư ng theo thang ñi m MOS thu t chèn, ngo i suy và n i suy cho gói b m t. Bù m t gói ch m i th c 4.6. NH N XÉT hi n ñ i v i mi n PCM và mi n LPC. Do v y, hư ng phát tri n c a ñ T vi c th c hi n bù m t gói, ta nh n th y r ng: các y u t m t gói tài trong tương lai s là: tho i khác nhau cũng tác ñ ng ñ n ch t lư ng sau khi bù. N u m t t i các - Th c hi n các phương pháp bù m t gói ñ i v i m t gói chùm. gói im l ng (unvoiced) thì vi c bù m t gói s cho ch t lư ng t t hơn khi - Tìm hi u thêm các phương pháp bù m t gói khác như: thay ñ i m t gói tho i (voiced). N u m t gói t i các v trí chuy n (t unvoiced thang th i gian hay tái t o gói b m t d a theo mô hình hu n luy n.
27 - Th c hi n các phương pháp bù m t gói theo các mi n mã hóa khác. --- o O o ---