Đồ án Kỹ thuật nén trong VoIP

- ChÊt l−îng: ChÊt l−îng ®iÒu chÕ ph¶i ®¶m b¶o v× chÊt l−îng tåi sÏ lµm cho tiÕng nãi thu ®−îc bÞ mÐo ®i, lµm gi¶m chÊt l−îng chung cña hÖ thèng. - Tèc ®é ®iÒu chÕ: §iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ lµ mét c«ng ®äan trong toµn bé cuéc tho¹i. TrÔ trong mçi c«ng ®o¹n ®Òu céng thªm vµo trÔ toµn thÓ. Tèc ®é ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ cµng cao cµng tèt v× nã gióp gi¶m trÔ chung cña cuéc truyÒn, ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ tÝnh thêi gian thùc . - TØ lÖ nÐn: Qua bé Codec, ng−êi ta mong muèn d÷ liÖu ®−îc nÐn cµng nhiÒu cµng tèt, nghÜa lµ cÇn Ýt bit ®Ó biÓu diÔn cho mét l−îng tiÕng nãi, víi môc ®Ých lµm cho dßng tiÕng nãi chiÕm Ýt d¶i th«ng cña kªnh truyÒn. TØ lÖ nÐn cao sÏ tiÕt kiÖm ®−îc ®−êng truyÒn. - §é phøc t¹p thuËt to¸n: ThuËt to¸n Codec cµng phøc t¹p th× cµng ®ßi hái nhiÒu tµi nguyªn nh− CPU, bé nhí. Codec qu¸ phøc t¹p sÏ g©y khã kh¨n nhiÒu h¬n. * Lý thuyÕt ®iÒu chÕ tiÕng nãi TÝn hiÖu tiÕng nãi b¶n th©n nã lµ d¹ng t−¬ng tù, ®Ó truyÒn ®i hoÆc ®−a qua c¸c khèi xö lý, chóng ta ph¶i sè hãa nã ®Ó chuyÓn nã sang d¹ng sè. Hai b−íc ®Ó biÕn mét tÝn hiÖu tiÕng nãi t−¬ng tù thµnh sè, ®ã lµ rêi r¹c hãa vÒ thêi gian ( lÊy mÉu) vµ l−îng tö hãa vÒ biªn ®é ( l−îng tö hãa). Trong qu¸ tr×nh sè hãa, sãng ©m t−¬ng tù sÏ ®−îc lÊy mÉu t¹i mét tèc ®é cè ®Þnh. L−îng tö hãa x¶y ra ë mçi mÉu (Sample) khi biªn ®é cña tÝn hiÖu t¹i thêi ®iÓm ®ã ®−îc ®o ®¹c vµ ®Ëi diÖn b»ng nh÷ng gi¸ trÞ l−îng tö gÇn nã nhÊt. §Çu ra cña qu¸ tr×nh trªn ®−îc gäi lµ ©m thanh d¹ng sè. - LÊy mÉu: ViÖc lÊy mÉu tÝn hiÖu t−¬ng tù tu©n theo ®Þnh luËt lÊy mÉu: Fs >= 2 Fmax, trong ®ã Fs lµ tÇn sè lÊy mÉu vµ Fmax lµ tÇn sè cùc ®¹i cña tÝn hiÖu. §èi víi tiÕng nãi, d¶i tÇn sè quan träng n»m trong kho¶ng tõ 40 Hz ®Õn 3400 Hz, v× thÕ ta cã thÓ lÊy mÉu víi Fs = 8kHz. Tr−íc khi lÊy mÉu trùc tiÕp tÝn hiÖu t−¬ng tù, ng−êi ta cho nã ®i qua mét bé läc th«ng thÊp víi tÇn sè c¾t lµ Fc, bé läc nµy cã t¸c dông lo¹i bá ®i c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao h¬n tÇn sè c¾t. §iÒu nµy kh«ng lµm ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn chÊt l−îng tiÕng nãi v× phÇn lín n¨ng l−îng Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 2 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP tiÕng nãi tËp chung ë miÒn tÇn sè thÊp. Së dÜ ph¶i cho qua bé läc th«ng thÊp nh− vËy v× nhê ®ã sÏ tr¸nh ®−îc hiÖn t−îng trïm phæ khi ta lÊy mÉu víi Fs >= 2Fc. Gi¸ trÞ mÉu lóc nµy lµ gi¸ trÞ tøc thêi t¹i lóc lÊy mÉu. - L−îng tö hãa: Sau khi rêi r¹c hãa vÒ mÆt biªn ®ä vµ tÝn hiÖu t−¬ng tù, chóng ta thu ®−îc c¸c gi¸ trÞ biªn ®é tøc thêi cña tÝn hiÖu. L−îng tö hãa ®−îc hiÓu lµ c¸ch biÓu diÔn mét mÉu tÝn hiÖu b»ng gi¸ trÞ N bit. Ta t×m c¸ch rêi r¹c hãa miÒn gi¸ trÞ cña nã b»ng c¸ch dïng N bit nhÞ ph©n biÓu diÔn c¸c gi¸ trÞ gÇn ®óng cña biªn ®é. Víi N bit cña m· nhÞ ph©n ta cã 2 mò N gi¸ trÞ kh¸c nhau. C¸c gi¸ trÞ tøc th× cña biªn ®é sÏ ®−îc lµm trßn tíi gi¸ trÞ gÇn nhÊt trong miÒn 2 mò N gi¸ trÞ rêi r¹c. Sai sè cña miÒn lµm trßn ®−îc gäi lµ sai sè l−îng tö. Ch−¬ng 2: C¸c ph−¬ng ph¸p m· hãa tiÕng nãi VÒ c¬ b¶n c¸c bé m· hãa tiÕng nãi cã ba lo¹i: m· hãa d¹ng sãng (waveform), m· hãa nguån (source) vµ m· hãa lai (hybrid) (nghÜa lµ kÕt hîp c¶ hai lo¹i m· hãa trªn). Nguyªn lý cña m· hãa d¹ng sãng lµ t×m c¸ch sè hãa d¹ng sãng cña tiÕng nãi theo c¸ch thÝch hîp. T¹i phÝa ph¸t, bé m· hãa sÏ nhËn c¸c tÝn hiÖu nãi t−¬ng tù liªn tôc vµ chuyÓn thµnh tÝn hiÖu sè tr−íc khi truyÒn ®i. T¹i phÝa thu sÏ lµm nhiÖm vô ng−îc l¹i ®Ó kh«i phôc tÝn hiÖu tiÕng nãi. Khi kh«ng cã lçi truyÒn dÉn th× d¹ng sãng cña tiÕng nãi kh«i phôc rÊt gièng víi d¹ng sãng cña tiÕng nãi gèc. ¦u ®iÓm cña lo¹i m· hãa nµy lµ: ®é phøc t¹p, gi¸ thµnh thiÕt kÕ, ®é trÔ vµ c«ng suÊt tiªu thô thÊp. Bé m· hãa d¹ng sãng ®¬n gi¶n nhÊt lµ ®iÒu chÕ xung m· (PCM), ®iÒu chÕ Delta (DM)… Tuy nhiªn, nh−îc ®iÓm cña bé m· hãa d¹ng sãng lµ kh«ng t¹o ®−îc tiÕng nãi chÊt l−îng cao tÞ tèc ®é d−íi 16 kbit/s. Bé m· hãa nguån kh¾c phôc ®−îc nh−îc ®iÓm nµy. Nguyªn lý cña m· hãa nguån lµ m· hãa kiÓu ph¸t ©m (vocoder), vÝ dô nh− bé m· hãa b»ng dù ®o¸n tuyÕn tÝnh (Linear Prediction Coding-PLC). C¸c bé m· hãa nµy cã thÓ thùc hiÖn ®−îc t¹i tèc ®é bit > 2kbps. H¹n chÕ chñ yÕu cña m· hãa kiÓu ph¸t ©m PLC lµ viÖc m« pháng ngußin kÝch thÝch cßn ®¬n gi¶n nªn tiÕng nãi t¸i t¹o Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 3 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP ®−îc lµ tiÕng nãi d¹ng tæng hîp, chÊt l−îng kh«ng cao vµ khã cã thÓ nhËn ra giäng ng−êi nãi chuyÖn. Vµo n¨m 1982, Atal ®· ®Ò xuÊt mét m« h×nh míi vÒ kÝch thÝch, ®−îc gäi lµ kÝch thÝch ®a xung. Trong m« h×nh nµy, kh«ng cÇn biÐt tr−íc xem ®ã lµ ©m h÷u thanh hay v« thanh. Sù kÝch thÝch ®−îc m« h×nh hãa bëi mét sè xung cã biªn ®é vµ vÞ trÝ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng viÖc cùc tiÓu hãa sai lÖch, cã tÝnh ®Õn träng sè thô c¶m, gi÷a tiÕng nãi gèc vµ tiÕng nãi tæng hîp. ViÖc ®−a ra m« h×nh nµy ®· g©y chó ý vµ ®ã lµ m« h×nh ®Çu tiªn cña mét thÕ hÖ míi cña c¸c bé ®iÒu chÕ tiÕng nãi ph©n tÝch b»ng tæng hîp (Analisis-by-synthesis). Chóng cã kh¶ n¨ng cho tiÕng nãi chÊt l−îng cao t¹i tèc ®é quang 10kbps vµ cã thÓ tíi tËn 4,8 kbps. TÝn hiÖu kÝch thÝch sÏ ®−îc tèi −u hãa mét c¸ch kü l−ìng vµ ng−êi ta sö dông kü thuËt m· hãa d¹ng sãng ®Ó m· hãa tÝn hiÖu kÝch thÝch nµy mét c¸ch cã hiÖu qu¶. H×nh 2.1: M« h×nh tæng qu¸t cña ®iÒu chÕ tiÕng nãi theo ph−¬ng ph¸p PLC TiÕng nãi gèc Bé t¹o tÝn hiÖu u(n) S*(n) e(n) TÝnh träng ew(n) kÝch thÝch Bé läc tæng hîp sè sai sè a/ Bé m· ho¸ Cùc tiÓu ho¸ sai sè Bé t¹o tÝn hiÖu kÝch thÝch Bé läc tæng hîp S* (n) TiÐng nãi t«ng hîp b/ Bé Gi¶i m·  ph©n tÝch b»ng tæng hîp * ChØ tiªu ®¸nh gi¸ thuËt to¸n m· hãa: - Hai môc tiªu quan träng ®Æt ra lµ: Tèi thiÓu hãa tèc ®é bit vµ tèi −u hãa chÊt l−îng, hai môc tiªu nµy th−êng cã m©u thuÉn víi nhau. Tèc ®é bit ®−îc tÝnh b»ng bps. ChÊt l−îng ®−îc ®¸nh gi¸ ë viÖc ®−îc t¸i t¹o l¹i d¹ng t−¬ng tù víi mét sai sè cµng nhá cµng tèt. ViÖc lÊy mÉu kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng. Cßn l−îng tö Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 4 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP hãa th× cã thÓ g©y ra nh÷ng sai sè lµm mÊt m¸t th«ng tin so víi tÝn hiÖu ban ®Çu ®−îc gäi lµ nhiÔu l−îng tö. TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu(SNR) ®−îc dïng ®¸nh gi¸ chÊt l−îng tiÕng nãi. NÕu tØ sè nµy thÊp ng−êi nghe sÏ thu ®−îc tiÕng nãi kh«ng tèt. - ChÊt l−îng chÊp nhËn ®−îc cã SNR kho¶ng trªn 30 dB. Theo tÝnh to¸n viÖc thªm mét bit biÓu diÔn gi¸ trÞ l−îng tö sÏ lµm t¨ng SNR lªn kho¶ng 6 dB, t−¬ng tù gi¶m mét bit sÏ lµm SNR gi¶m xuèng 6 dB. - Ng−êi ta th−êng dïng mét tiªu chuÈn gäi lµ MOS (Mean Opinion Score) ®Ó so s¸nh chÊt l−îng ®iÒu chÕ tiÕng nãi, víi thang gi¸ trÞ tõ 1 ®Õn 5, cho ta biÕt mét thuËt to¸n ®iÒu chÕ ®¹t ®−îc chÊt l−îng cã gÇn víi tiÕng nãi tù nhiªn hay kh«ng. 2.1: Ph−¬ng ph¸p m· hãa tiÕng nãi kiÓu Waveform KiÓu m· hãa nµy cè g¾ng m· hãa d¹ng sãng cña tiÕng nãi mét c¸ch cã hiÖu qu¶, d¹ng ®¬n gi¶n lµ ®iÒu chÕ xung m· PCM, ngoµi ra cßn cã c¸c thuËt to¸n kh¸c cã thÓ lµm gi¶m tèc ®é bit h¬n n÷a. C«ng nghÖ m· hãa kiÓu waveform th−êng cho tiÕng nãi chÊt l−îng t«t víi b¨ng th«ng 16 kbps trë lªn. §Ó tr¸nh hiÖn tùng chång phæ, tiÕng nãi t−¬ng tù ®−îc läc tr−íc khi sè hãa ®Ó lo¹i trõ c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao kh«ng mong muèn. Phæ tiÕng nãi cã thÓ gåm c¶ nh÷ng thµnh phÇn tÇn sè tíi 10 kHz, nh−ng do hÇu hÕt c¸c viÖc truyÒn t¶i ®−îc thùc hiÖn qua m¹ng ®iÖn tho¹inªn c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao cÇn ®−îc lo¹i bá. Bëi v× m¹ng ®iÑn tho¹i ®−îc thiÕt kÕ ®Ó lo¹i trõ c¸c tÇn sè lín h¬n 3,4kHz, v× thÕ tÝn hiÖu tiÕng nãi còng ®−îc läc ®i ®Ó lo¹i bá thµnh phÇn cao tÇn cì 3 ®Õn 4 kHz. Theo ®Þnh luËt lÊy mÉu th× tÇn sè lÊy mÉu sÏ lµ 6 ®Õn 8 kHz. Nãi chung lµ tÇn sè c¾t cña c¸c bé läc kh«ng tuyÖt ®èi chÝnh x¸c nªn thØnh tho¶ng vÉn x¶y ra hiÖn t−îng chång phæ, nh−ng hÇu hÕt chóng cã n¨ng l−îng rÊt thÊp. KÕt qu¶ ta thu ®−îc c¸i gäi lµ “chÊt l−îng tho¹i” (Telephone quality hay toll quality), lµ mét tiªu chuÈn so s¸nh vÒ tiÕng nãi ®¹t chÊt l−îng cã thÓ chÊp nhËn ®−îc. HÖ thèng nh− vËy gäi lµ PCM (Pulse Code Modulation). Phæ biÕn hiÖn nay ng−êi ta chän tèc ®é lÊy mÉu lµ 8 kHz vµ sè bit l−îng tö n=8, tøc lµ tèc ®é truyÒn sÏ lµ 64 kbps. C¸c bit m· hãa ®−îc truyÒn tuÇn tù trªn ®−êng truyÒn. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 5 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP H×nh 2.3: S¬ ®å lÊy mÉu, l−îng tö, m· hãa 2.1.1: PCM (Pulse Code Modulation)-G711 PCM ®Òu (Uniform PCM): ®Çu vµo cña bé l−îng tö lµ tÝn hiÖu t−¬ng tù ®· ®−îc ®−a qua bé lÊy mÉu. Víi mét bé l−îng tö dïng N bit tõ m·, miÒn gi¸ trÞ l−îng tö ®−îc chia thµnh 2 mò N møc, mçi tõ m· N bit t−¬ng øng víi mét gi¸ trÞ. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c møc gäi lµ b−íc l−îng tö (Step size). Bé l−îng tö quyÕt ®Þnh xem víi mçi gi¸ trÞ ®Çu vµo gÇn víi møc nµo, sÏ t−¬ng øng víi mét tõ m·. NÕu gi¸ trÞ cña ®Çu vµo v−ît qu¸ miÒn gi¸ trÞ biÓu diÔn cña bé l−îng tö th× nã sÏ bÞ c¾t ®i, kÕt qu¶ ®Çu ra lµ gi¸ trÞ lín nhÊt cña miÒn gi¸ trÞ. Trong kiÓu PCM ®Òu, c¸c gi¸ trÞ l−îng tö c¸ch ®Òu nhau. B−íc l−îng tö pahØ ®−îc chän sao cho ®ñ nhá ®Ó cã thÓ tèi thiÒu nhiÔu l−îng tö, nh−ng l¹i cã thÓ ®ñ lín ®Ó miÒn gi¸ trÞ cña c¶ bé l−îng tö cã ®é lín thÝch hîp. Víi mét bé l−îng tö N bit cã step size lµ S, th× miÒn gi¸ trÞ lµ R= (2 mò N)*S. NÕu N kh«ng ®ñ lín th× viÖc c¾t xÐn tÝn hiÖu v−ît qua miÒn gi¸ trÞ sÏ x¶y ra nhiÒu h¬n vµ ®ã dÜ nhiªn lµ mét nguyªn nh©n kh¸c cña nhiÔu l−îng tö. Ph−¬ng ph¸p nµy cã nh−îc ®iÓm lµ SNR, tøc chÊt l−îng kh«ngc hØ phô thuéc vµo b−íc l−îng tö mµ cßn phô thuéc c¶ vµo biªn ®é cña tÝn hiÖu ®−îc lÊy mÉu. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 6 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP -L−îng tö hãa kiÓu PCM ®Òu:cÇn N lín câ 11 bit trë lªn ®Ó cã thÓ ®¶m b¶o chÊt l−îng tiÕng nãi. §iÒu nµy lµm cho tèc ®é bit lín nªn chóng Ýt ®−îc sö dông trong thùc tÕ. - L−îng tö hãa logarithm (logarithm PCM): môc tiªu cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ duy tr× mét tØ sè SNR Ýt thay ®æi trong toµn ph¹m vi gi¸ trÞ biªn ®é. Thay v× l−îng tö hãa gi¸ trÞ t−¬ng tù cña tÝn hiÖu lÊy mÉu, tr−íc tiªn ta tÝnh to¸n hµm logarithm cña tõng gi¸ trÞ råi míi l−îng tö hãa chóng. SNR sÏ chØ phô thuéc vµo b−íc l−îng tö. L−îng tö logarithm lµ mét qu¸ tr×nh nÐn, chóng lµm gi¶m miÒn gi¸ trÞ cña ®Çu vµo mét c¸ch ®¸ng kÓ tïy thuéc vµo d¹ng hµm logarithm ®−îc dïng. Sau khi nÐn, mét qu¸ tr×nh ng−îc l¹i lµ mò hãa ®−îc sö dông ®Ó t¸i t¹o l¹i tÝn hiÖu nguyªn thñy ban ®Çu. Toµn bé chu tr×nh ®−îc gäi lµ Companding (Compressing/expanding). Hai tiªu chuÈn ®−îc dïng phæ biÕn hiÖn nay lµ luËt (dïng ë b¾c Mü) vµ luËt A (dïng ë ch©u ¢u). Chóng ®Òu dïng 8 bit l−îng tö logarithm (nh− vËy trong thang l−îng tö chia thµnh 16 sector vµ mçi sector cã 16 step, tæng céng lµ 256 phÇn nhá). Chó ý lµ kÝch th−íc cña mçi sector lµ nhá dÇn vÒ phÝa gèc 0, cµng xa vÒ 2 phÝa th× kÝch th−íc cµng lín, th«ng th−êng chóng t¨ng gÊp ®«i kÝch th−íc gi÷a 2 sector kÒ nhau. Theo ®ã ta cã thÓ thÊy bit ®Çu tiªn ®−îc coi lµ bit dÊu (sign bit). Trong mçi sector, c¸c step cã kÝch th−íc b»ng nhau. Nh− vËy ta thÊy b−íc l−îng tö cµng nhá víi nh÷ng ®Çu vµo cµng nhá, vµ chóng lín dÇn t−¬ng øng víi nh÷ng dÇu vµo ë gÇn 2 phÝa cùc cña miÒn gi¸ trÞ l−îng tö. 2.1.2: DM (Delta Modulation) Lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ vi sai, dùa trªn tÝnh chÊt lµ tÝn hiÖu tiÕng nãi t¹i mét thêi ®iÓm cã Ýt nhiÒu phô thuéc vµo tÝn hiÖu ë c¸c thêi ®iÓm tr−íc ®ã, v× thÕ ta cã thÎ dù ®o¸n tÝn hiÖu t¹i thêi ®iÓm hiÖn t¹i, vµ chØ cÇn l−u tr÷ gi¸ trÞ k¸hc biÖt gi÷a gi¸ trÞ thùc vµ gi¸ trÞ dù ®o¸n cña tÝn hiÖu, sù sai kh¸c nµy, gióp tiÕt kiÖm b¨ng th«ng ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ cao. ý t−ëng cña ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ Delta lµ chØ truyÒn ®i gi¸ trÞ thay ®æi tuyÖt ®èi cña tÝn hiÖu. Dùa vµo sù kh¸c nhau cña tÝn hiÖu t¹i thêi ®iÓm liÒn kÒ nhau mµ ta tÝnh ®−îc tÝn hiÖu ph¶i truyÒn trªn ®−êng d©y. ph−¬ng ph¸p nµy chØ sö dông 1 bit ®Ó Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 7 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP m· tÝn hiÑu sai kh¸c ®ã, nghÜa lµ cho biÕt tÝn hiÖu t¹i thêi ®iÓm t+1 lµ lín h¬n hay nhá h¬n tÝn hiÖu t¹i thêi ®iÓm t. 2.1.3: DPCM(Diffirential PCM) §©y lµ ph−¬ng ph¸p còng dùa trªn nguyªn t¾c chØ truyÒn ®i sù kh¸c nhau cña tÝn hiÖu t¹i hai thêi ®iÓm kÒ nhau lµ t vµ t+1. Kh¸c víi DM chØ dïng 1 bit ®Ó gi¶i m·, DPCM dïng N bit ®Ó cã thÓ biÓu diÔn gi¸ trÞ sai kh¸c nµy. ChÊt l−îng ®iÒu chÕ kh¸ tèt víi l−îng bit cÇn dïng Ýt h¬n nhiÒu so víi PCM. 2.1.4: ADPCM (Adaptive Difirential PCM)- G.726 Lµ ph−¬ng ph¸p më réng cña DPCM. Ng−êi ta vÉn dïng mét sè bit nhÊt ®Þnh ®Ó m· sù sai kh¸c gi÷a tÝn hiÖu t¹i 2 thêi ®iÓm kÒ nhau, nh−ng b−íc l−îng tö cã thÓ ®−îc ®iÒu chØnh t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau ®Ó tèi −u hãa viÖc ®iÒu chÕ. Víi môc tiªu lµm gi¶m tèc ®é bit h¬n n÷a mµ chÊt l−îng tÝn hiÖu t−¬ng ®−¬ng, ng−êi ta sö dông ph−¬ng ph¸p thÝch nghi ®éng gi¸ trÞ cña b−íc l−îng tö tr−íc nh÷ng thay ®æi cña biªn ®é tÝn hiÖu vµo. Môc ®Ých lµ duy tr× miÒn gi¸ trÞ l−îng tö phï hîp víi miÒn gÝa trÞ cña tÝn hiÖu vµo. §©y ®−îc gäi lµ ph−¬ng ph¸p Adaptive PCM (APCM). ThÝch nghi b−íc l−îng tö cã thÓ ¸p dông cho c¶ kiÓu l−îng tö ®Òu vµ kh«ng ®Òu. Tiªu chuÈn thay ®æi b−íc l−îng tö dùa vµo mét sè thèng kª vÒ tÝn hiÖu cã liªn quan tíi biªn ®é cña nã. Cã nhiÒu b−íc to¸n ®Ó tÝnh to¸n b−íc l−îng tö. Th«ng th−êng cã 2 kiÓu lµ feedforward APCM vµ feedback APCM. Trong c¶ 2 kiÓu ng−êi ta ®Òu dùa trªn nh÷ng tÝnh to¸n liªn quan ®Õn mét khèi (block)mÉu thu ®−îc trong mét thêi gian ng¾n,, vÒ n¨ng l−îng, sù biÕn ®æi vµ nh÷ng ®o ®¹c kh¸c. Ta cån gäi lµ block companding. Trong kiÓu feedback, viÖc tÝnh to¸n b−íc l−îng tö ®−îc th−dcj hiÖn trªn mçi mÉu khi nã ®−îc ®−a vµo sö lý (vÉn dïng gi¸ trÞ b−íc l−îng tö tr−íc ®ã), th× cho ra kÕt qu¶ lµ mét gi¸ trÞ b−íc l−îng tö míi ®−îc dïng sö lý N mÉu tiÕp theo. Feedforward theo mét c¸ch tiÕp cËn kh¸c, dïng chÝnh ngay gi¸ trÞ b−íc l−îng tö ®−îc tÝnh to¸n ngay trªn N mÉu ®Ó sö lý N mÉu ®ã. Nh− vËy qu¸ tr×nh xö lý ph¶i cÇn tíi mét bé ®Öm ®Î chøa khèi d÷ liÖu lÊy mÉu. Trong khi kiÓu feedback cã −u 8 Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP ®iÓm lµ rÊt nh¹y c¶m víi nhiÔu l−îng tö v× nã cã tÝnh to¸n b−íc l−îng tö vµ sö dông ngay cho chÝnh block mµ tõ ®ã nã thùc hiÖn phÐp tÝnh. 2.2: Ph−¬ng ph¸p m· hãa tiÕng nãi kiÓu vocoder Vocoder lµ kiÓu ®iÒu m· hãa nãi dùa trªn c¸c tham sè m« pháng bé m¸y ph¸t ©m, kh¸c víi m· hãa d¹ng sãng cña tiÕng nãi t−¬ng tù, gäi lµ m· hãa nguån (vocoder). Nguyªn lý dùa trªn viÖc cho r»ng tuyÕn ©m thay ®ái tõ tõ, tr¹ng th¸i vµ cÊu h×nh cña chóng t¹i bÊt cø thêi ®iÓm nµo cã thÓ ®−îc m« pháng mét c¸ch gÇn ®óng b»ng mét tËp nhá c¸c tham sè. Nhê viÖc tuyÕn ©m cã tèc ®é thay ®æi tõ tõ, cho phÐp mçi tËp tham sè cã thÓ ®¹i diÖn cho tr¹ng th¸i cña nã qua mét qu·ng thêi gian tíi 25 ms. Hçu hÕt c¸c Vocoder biÓu diÔn ®Æc tÝnh cña nguån kÝch thÝch vµ tuyÕn ©m chØ b»ng mét tËp tham sè. Nã gåm kho¶ng 10 ®Õn 15 hÖ sè cña bé läc®Ó ®Þnh nghÜa c¸c ®Æc tÝnh céng h−ëng cña tuyÕn ©m, 1 tham sè 2 gi¸ trÞ ®¬n gi¶n ®Ó chØ ra nguån ph¸t ©m lµ v« thanh hay h÷u thanh, 1 tham sè chØ ra n¨ng l−îng kÝch thÝch, vµ 1 tham sè chØ ra chu k× c¬ b¶n (©m s¾c, chØ cã víi h÷u ©m thanh . Tr¹ng th¸i cña tuyÕn ©m ®−îc suy ra b»ng c¸ch ph©n tÝch d¹ng sãng tiÕng nãi trong kho¶ng thêi gian 10 ®Õn 25 ms vµ tÝnh to¸n ra mét tËp míi c¸c tham sè (mét khung d÷ liÖu) t¹i phÇn cuèi cña kho¶ng thêi gian ®ã. Khung d÷ liÖu nµy ®−îc truyÒn ®i vµ sau ®ã dïng ®Ó ®iÒu khiÓn thêi gian ®ã. Khung d÷ liÖu nµy ®−îc truyÒn ®i vµ sau ®ã dïng ®Ó ®iÒu khiÓn viÖc tæng hîp l¹i tiÕng nãi. Vocoder cã kh¶ n¨ng chuyÓn gi÷a 2 kiÓu nguån kÝch thÝch lµ nguån xung ®èi ©m h÷u thanh vµ nhiÔu tr¾ng ®èi víi ©m v« thanh. Bªn phÝa tæng hîp sÏ dïng 1 trong 2 nguån nµy cho ®i qua bé läc gåm c¸chÖ sè cña khung d÷ liÖu ®Ó tæng hîp l¹i tiÕng nãi. Ngoµi viÖc ®¹t ®−îc tèc ®é bit thÊp, Vocoder cßn cã −u ®iÓm lµ ph©n tÝch ®−îc c¸c tham sè nguån kÝch thÝch. Bit biÓu thÞ ©m s¾c, ©m l−îng vµ voice/unvoice b¶n th©n nã lµ c¸c bit trong khung d÷ liÖu, nªn c¸c sù thay ®æi cña chóng cã thÓ ®−îc söa ®æi tr−íc hoÆc trong khi tæng hîp. V× thÕ ta cã thÓ biÕn mét ©m h÷u thanh thµnh mét lêi th× thÇm khi thiÕt ®Æt l¹i gi¸ trÞ cña bit voice/unvoice. Còng cã thÓ thay ®æi b¶n th©n c©u nãi b»ng c¸ch söa ®æi c¸c tham sè céng h−ëng. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 9 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP Nhù¬c ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ cho tiÕng nãi cã d¹ng tæng hîp, khã cã kh¶ n¨ng nh©n d¹ng ®−îc ng−êi nãi. M« t¶ bé m¸y ph¸t ©m cña con ng−êi: khi chóng ta nãi, ©m thanh ®−îc t¹o ra nh− sau: - Kh«ng khÝ ®−îc ®Èy tõ phæi qua tuyÕn ©m (vocal track ) vµ miÖng t¹o thµnh c©u nãi. - §èi víi ©m h÷u thanh th× d©y thanh (vocal cords) rung lªn (më vµ ®ãng). Tèc ®é rung cña d©y thanh nhanh hay chËm quyÕt ®Þnh ©m s¾c (pitch) cña tiÕng nãi. Phô n÷ vµ trÎ em h−êng cã giäng thanh (©m s¾c cao-dao ®éng nhanh h¬n), trong khi nam giíi th−êng cã giäng trÇm (dao ®éng chËm). - Víi c¸c ©m v« thanh, d©y thanh kh«ng rung, mµ liªn tôc më. - H×nh d¹ng cña tuyÕn ©m quyÕt ®Þnh ©m thanh t¹o ra. Khi ta nãi, tuyÕn ©m thay ®æi h×nh d¹ng ®Ó t¹o ra c¸c tiÕng kh¸c nhau, nãi chung lµ h×nh d¹ng cña tuyÕn ©m thay ®æi mét c¸ch tõ tõ, th−êng lµ tõ 10 ms ®Õn 100 ms. - L−îng kh«ng khÝ tõ phæi quyÕt ®Þnh ©m l−îng (gain) cña tiÕng nãi. H×nh 2.4: M« h×nh vËt lý cña bé m¸y ph¸t thanh con ng−ê 2.3: Ph−¬ng ph¸p m· hãa lai (Hybrid) M· hãa Waveform nãi chung kh«ng cho phÐp ®¹t chÊt l−îng tiÕng nãi tèt ë tèc ®é bit d−íi 16Kbps. MÆt kh¸c, m· hãa Voicoder cã thÓ ®¹t ®−îc tèc ®é bit rÊt thÊp, tuy nhiªn ph−¬ng ph¸p nµy tæng hîp l¹i tiÕng nãi nªn cã nh−îc ®iÓm lµ rÊt khã nhËn diÖn ®−îc ng−êi nãi vµ th−¬ng xuyªn gÆp vÊn ®Ò víi nhiÔu nÒn. M· hãa lai cè g¾ng tËn dông −u diÓm cña c¶ hai ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ trªn. Nã m· hãa tiÕng nã ë tèc ®é thÊp, mµ l¹i cho kÕt qu¶ tiÕng nãi t¸i t¹o l¹i tèt, cã thÓ nhËn d¹ng ®−îc ng−êi nãi. B¨ng th«ng yªu cÇu th−êng n»m trong kho¶ng 4,8Kbps ®Õn 16Kbps. VÊn ®Ò c¬ b¶n ®èi víi Voicoder lµ nguån kÝch thÝch ®−îc m« pháng mét c¸ch ®¬n gi¶n: tÝn hiÖu tiÕng nãi chØ ®−îc coi lµ v« thanh hay h÷u thanh, nã lµm cho tiÕng nãi nhËn ®−îc cã d¹ng nhËn ®−îc nh©n t¹o h¬n lµ vÎ tù nhiªn. C¸c ph−¬ng ph¸p m· hãa lai cè g¾ng c¶i thiÖn ®iÒu nµy b»ng c¸ch thay ®æi nguån kÝch thÝch tiÕng nãi theo c¸c c¸ch kh¸c. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 10 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP Ch−¬ng 3: Kü thuËt nÐn tho¹i trong VoIP 3.1: Nguyªn lý chung cña bé nÐn CELP TÝn hiÖu kÝch thÝch lµ mét môc tõ cña mét b¶ng m· rÊt lín ®−îc ph©n bè mét c¸ch ngÉu nhiªn . S¬ ®å nguyªn lý cña ph−¬ng ph¸p tæng hîp CELP ®−îc ®−a ra trong h×nh 3.1: B¶ng m· thÝch øng KhuÕch ®¹i  u(n)  Bé läc tæng h¬p  S*(n) TiÕng nãi tæng hîp TrÔ khung con KhuÕch ®¹i B¶ng m· ngÉu nhiªn H×nh 3.1: S¬ ®å nguyªn lý cña ph−¬ng ph¸p tæng hîp CELP T¹i phÝa ph¸t :C¸c tham sè cña bé läc tæng hîp cïng t¨ng Ých vµ ®é trÔ cña c¸c b¶ng m· (bao gåm b¶ng m· thÝch øng vµ b¶ng m· ngÉu nhiªn )®−îc truyÒn ®i .T¹i phÝa thu :còng sö dông nh÷ng b¶ng thÝch øng vµ ngÉu nhiªn nh− thÕ ®Ó x¸c ®Þnh tÝn hiÖu kÝch thÝch t¹i lèi vµo bé läc tæng hîp LPC ®Ó t¹o tiÕng nãi tæng hîp. B¶ng m· kÝch thÝch gåm L tõ m· (lµ c¸c vÐc t¬ ngÉu nhiªn ) cã ®é dµi N mÉu (th«ng th−êng L=1024,N=40 mÉu øng víi mét khung kÝch thÝch 5ms) .B»ng c¸ch t×m kiÕm triÖt ®Ó toµn bé b¶ng m· ngÉu nhiªn ng−êi ta sÏ chän ®−îc tÝn hiÖu kÝch Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 11 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP thÝch cña mét khung tiÕng nãi dµi N mÉu.Bé läc tæng hîp ®· tÝnh träng sè ®−îc cho bëi : P w( z) = 1 / A( z / γ ) = 1 /(1 − ∑ (ak k =1  γ k z − k ) Trong ®ã : γ lµ mét ph©n sè tõ 0 ®Õn 1. {ak} lµ c¸c tham sè bé läc tæng hîp LPC hay cßn gäi lµ hÖ sè dù ®o¸n. P lµ bËc cña bé läc tæng hîpLPC hay bËc cña bé dù ®o¸n. Sau khi ®· x¸c ®Þnh ®−îc c¸c tham sè cña b¶ng m· thÝch øng ( bao gåm cã t¨ng Ých vµ ®é trÔ lªn giäng) th× tiÕng nã tæng hîp ®· tÝnh träng sè s*(n) ®−îc cho lµ : s * (n) = βck (n) * h(n) + Gyα (n) + s0 * (n) Trong ®ã : TÝch chËp lµ kh«ng nhí. ck(n) lµ tõ m· kÝch thÝch víi chØ sè k. β lµ hÖ sè tû lÖ. h(n) lµ ph¶n øng xung cña bé läc tæng hîp ®· tÝnh träng sè W(z). s0*(n) lµ ph¶n øng lèi vµo cña bé läc tæng hîp ®· tÝnh träng sè. G lµ t¨ng Ých cña b¶ng m· thÝch øng. yα(n) = c’α(n)*h(n) lµ ph¶n øng tr¹ng th¸i kh«ng cña bé läc tæng hîp ®· tÝnh träng sè víi tõ m· c’α(n) ®−îc lùa chän tõ b¶ng m· thÝch øng. Sai sè ®· tÝnh träng sè gi÷a tiÕng nã tæng hîp vµ tiÕng nãi gèc ®−îc cho bëi: e- (n) = Trong ®ã: s(n) − s * (n) s*(n) : TÝn hiÖu tiÕng nãi tæng hîp s(n) : TÝn hiÖu tiÕng nãi gèc. ew(n) : TÝn hiÖu sai sè Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 12 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP Sau ®ã sai sè nµy sÏ ®−îc cùc tiÓu ho¸ b»ng ph−¬ng ph¸p sai lÖch b×nh ph−¬ng trung b×nh (mes): N − 1 E = ∑ = 0  [e -  ( n ) ]2 n §é phøc t¹p cña bé m· ho¸ nµy t¨ng khi tèc ®é bit gi¶m.ThÝ dô CELP cã thÓ cho tiÕng nãi tèc ®é thÊp tíi 4.8 kbps víi tr¶ gi¸ rÊt cao vÒ ®ßi hái tÝnh to¸n do : tÝn hiÖu kÝch thÝch tèi −u ®−îc t×m kiÕm th«ng qua b¶ng m· rÊt lín (kÝch th−íc b¶ng m· th−êng gåm kho¶ng 1024 môc tõ ) .§èi víi b¶ng m· cã 1024 tõ m· vµ mét khung kÝch th−íc 40 mÉu th× cÇn thùc hiÖn kho¶ng 40.000 phÐp nh©n ®Ó so¸t b¶ng m· . Cã thÓ nhËn xÐt r»ng : nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p CELP lµ : cã mét thñ tôc ®ßi hái tÝnh to¸n rÊt lín rÊt khã cã thÓ thùc hiÖn trong thêi gian thùc .VËy cã mét ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n ho¸ thñ tôc so¸t b¶ng m· sao cho kh«ng ¶nh h−ëng tíi chÊt l−îng tiÕng nãi .§ã lµ ph−¬ng ph¸p sö dông c¸c b¶ng m· ®¹i sè ACELP (Algebraic CELP) trong ®ã c¸c b¶ng m· ®−îc t¹o ra nhê c¸c m· söa lçi nhÞ ph©n ®Æc biÖt .Vµ ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ rµ so¸t b¶ng m·,ng−êi ta sö dông c¸c b¶ng m· ®¹i sè cã cÊu liªn kÕt CS-ACELP (Conjugate-Structure ACELP) .KhuyÕn nghÞ ITU G.729 ®−a ra nguyªn lý cña bé m· ho¸ tiÕng nãi sö dông ph−¬ng ph¸p CS-ACELP m· ho¸ tiÕng nãi tèc ®é thÊp 8kbps. 3.2 Ph−¬ng ph¸p nÐn LD-CELP –G728 NÐn tiÕng nãi kiÓu LD-CELP (Low Delay CELP) ë tèc ®é 16Kbps. Nguyªn lý cña bé m· nµy kÕ thõa CELP víi kiÓu t×m kiÕm phan tÝch b»ng tæng hîp. Ngoµi ra nã sö dông kiÓu thÝch nghi backward ®èi víi hai khèi dù ®o¸n ©m s¾c vµ ®é khuyÕch ®¹i ®Ó ®¹t tíi chÕ thuËt to¸n lµ 0,625 ms. ChØ cã phÇn index cña codebook ®−îc truyÒn ®i hay v× truyÒn tÊt c¶ c¸c tham sè ®Æc tr−ng cña CELP. C¸c hÖ sè dù ®o¸n ®−îc cËp nhËp th«ng qua ph©n tÝch LPC c¸c mÉu tiÕng nãi ®−îc l−îng tö ho¸ tr−íc ®ã. §é khuyÕch ®¹i ®−îc cËp nhËt b»ng c¸ch sö dôngc ¸c th«ng tin nhóng trong c¸c kÝch thÝch ®−îc l−îng tö hãa tr−íc ®ã. KÝch th−íc khèi cña vector kÝch Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 13 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP thÝch vµ khèi thÝch nghi ®é khuyÕch ®Ëi chØ lµ 5 mÉu. Bé läc träng sè thô c¶m ®−îc cËp nh¹t b»ng c¸ch ph©n tich LPC cña tiÕng nãi kh«ng ®−îc tö hãa . Bé nÐn LD-CELP: Sau khi chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tõ d¹ng luËt u hay luËt A sang d¹ng PCM ®Òu, tÝn hiÖu ®Çu vµo ®−îc ph©n chia thµnh tõng khèi, mçi khèi gåm 5 mÉu tÝn hiÖu kÕ tiÕp nhau. Víi mçi mét khèi vµo ®−îc coi nh− mét vector gåm 5 thµnh phÇn vµ bé m· hãa sÏ tiÕn hµnh t×m kiÕm ë trong codebook xem codevector nµo gÇn víi vector vµo nhÊt trong sè 1024 codevector ( ®−îc l−u tr÷ trong codebook) th«ng qua bé läc tæng hîp vµ ®¬n vÞ c©n ®èi ®ä khuyÕch ®¹i. Codevector ®−îc chän dùa vµo tiªu chuÈn cùc tiÓu hãa b×nh ph−¬ng sai sè gi÷a vector vµo vµ codevector. Sau ®ã10 bit index cña codevector ®ã sÏ ®−îc truyÒn sang bé gi¶i m·. §ång thêi codevector ®· chän ®ã ®−îc ®−a qua bé läc tæng hîp vµ ®¬n vÞ c©n ®èi ®ä khuyÕch ®ai ®Ó thiÕt lËp kh¶ n¨ng nhí chÝnh x¸c cña bé läc ®Ó dïng cho viÖc m· vector vµo tiÕp theo. C¸c hÖ sè cña bé läc tæng hîp vµ ®é khuyÕch ®¹i ®−îc cËp nhËt ®Òu ®Æn dùa vµo ph−¬ng ph¸p thÝch nghi backward Dùa trªn c¬ së c¸c tÝn hiÖu võa ®−îc l−îng tö hãa vµ kÝch thÝch ®−îc c©n ®èi ®é khuyÕch ®¹i. Bé gi¶i nÐn LD-CELP: ViÖc gi¶i ®iÒu chÕ còng ®−îc tiÕn hµnh theo ®¬n vÞ tõng khèi mét. Dùa vµo 10 bit index nhËn ®−îc tõ bªn ph¸t, bé gi¶i ®iÒu chÕ thùc hiÖn viÖc t×m kiÕm trong b¶ng ®Ó trÝch ra codevector t−¬ng øng tõ codebook. Codevector nµy sau ®ã ®−îc cho qau ®¬n vÞ c©n ®èi ®ä khuyÕch ®¹i vµ bé läc tæng hîp ®Ó t¹o ra vector tÝn hiÖu. C¸c hÖ sè cña bé läc tæng hîp vµ ®é khuyÕch ®¹i còng ®−îc cËp nhËt theo c¸ch thøc gièng nh− lµ cña bé ®iÒu chÕ. Vector tÝn hiÖu sau ®ã ®−îc ®−a qua bé läc sau(Postfilter) ®Ó n©ng cao chÊt l−îng tÝn hiÖu. C¸c hÖ sè cña bé läc postfilter ®−îc cËp nhËt ®Òu ®Æn dùa trªn nh÷ng th«ng tin cã s½n ë bé gi¶i ®iÒu chÕ. 5 mÉu tÝn hiÖu cña vector tÝn hiÖu sau ®ã ®−îc chuyÓn thµnh 5 mÉu tÝn hiÖu ra ë d¹ng luËt u hay luËt A. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 14 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP a) LD-CELP code H×nh 3.2: S¬ ®å khèi cña bé nÐn vµ gi¶i nÐn LD-CELP 3.3: Kü thuËt nÐn CS-ACELP G729 *Nguyªn lý kü thuËt nÐn CS-ACELP Bé nÐn CS-ACELP thùc hiÖn trªn c¸c khung tiÕng nãi chu kú 10 ms t−¬ng ®−¬ng víi 80 mÉu t¹i tèc ®é l©ý mÉu 8000 mÉu /s.Cø mçi mét khung 10 ms ,tÝn hiÖu tiÕng nã l¹i ®−îc ph©n tÝch ®Ó trÝch lÊy c¸c tham sè cña bé m· CELP (®ã lµ :c¸c hÖ sè cña bé läc dù b¸o thÝch øng ,chØ sè c¸c b¶ng m· cè ®Þnh vµ b¶ng m· thÝch øng cïng víi t¨ng Ých cña b¶ng m· ). C¸c tham sè nµy sÏ ®−îc m· ho¸ vµ Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 15 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP truyÒn ®i.Sù ph©n bè bit cña c¸c tham sè m· ho¸ ®−îc tr×nh bÇy ë b¶ng 3-1 d−íi ®©y: B¶ng 3-1 Sù ph©n bè bit cña c¸c tham sè cña thuËt to¸n CS-ACELP tèc ®é 8 kbit/s (khung 10 ms) Tham sè Tõ m· Sè bit trong khung con 1 Sè bit trong khung con 2 Tæng sè bit trong 1 khung C¸c cÆp v¹ch phæ L0,L1,L2,L3 18 §é trÔ m· thÝch øng P1,p2 8 5 13 §é ch½n lÎ trÔ tr−íc P0 1 1 ChØ sè m· cè ®Þnh C1,C2 13 13 26 DÊu m· cè ®Þnh S1,S2 4 4 8 C¸c ®é khuÕch ®¹i m· (b−íc1) C¸c ®é khuÕch ®¹i m· (b−íc2) GA1,GA2 3 3 6 GB1,GB2 4 4 8 Tæng céng 80 T¹i phÝa thu :sö dông c¸c tham sè nµy ®Ó kh«i phôc c¸c tham sè tÝn hiÖu kÝch thÝch vµ c¸c tham sè cña bé läc tæng hîp .TÝn hiÖu tiÕng nãi sÏ ®−îc kh«i phôc b»ng c¸ch läc c¸c tham sè tÝn hiÖu Bé läc tæng hîp ng¾n h¹n dùa trªn c¬ së bé läc dù b¸o tuyÕn tÝnh LP bËc 10 .Bé läc tæng hîp dµi h¹n ,hay bé läc tæng hîp ®é cao dung cho viÖc lµm trßn m· thÝch øng .Sau khi kh«i phôc ,nhê bé läc sau tiÕng nãi sÏ lµm t¨ng ®é trung thùc. S¬ ®å khèi bé kÝch thÝch nµy th«ng qua bé läc tæng hîp ng¾n h¹n. nÐn CS-ACELP ®−îc m« t¶ nh− h×nh 3.3: Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 16 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP H×nh 3.1: S¬ ®å khèi bé nÐn CS-ACELP tiÕng nãi ®Çu vµo Khèi tiÒn xö lý Khèi tæng hîp LP B¶ng m· cè ®Þnh B¶ng m· thÝch øng Gc + Gp sù l−îng tö ho¸ vµ néi suy LPC info Bé läc + tæng hîp Sù l−îng tö Bé läc tæng hîp ®é cao T×m b¶ng m· cè ®Þnh LPC info §é c¶m nhËn  luång bit ho¸ ®é khuÕch ®¹i  LPC info Sù l−îng tö ho¸ ®é khuÕch ®¹i ph¸t ®i TÝn hiÖu ®Çu vµo ®−a qua bé tiÒn xö lý ,bé nµy cã hai chøc n¨ng :läc th«ng cao vµ tÝnh to¸n tÝn hiÖu.TÝn hiÖu ®Çu ra bé tiÒn xö lý lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo cña c¸c khèi tæng hîp tiÕp sau.Sù tæng hîp dù b¸o tuyÕn tÝnh (LP)®−îc thùc hiÖn mét lÇn trong mét khung 10ms ®Ó tÝnh c¸c hÖ sè cña bé läc dù b¸o tuyÕn tÝnh (LP).C¸c hÖ sè nµy ®−îc biÕn ®æi thµnh c¸c cÆp v¹ch phæ (LSP) vµ ®−îc l−îng tö b»ng ph−¬ng ph¸p l−îng tö ho¸ vÐc t¬ dù b¸o hai b−íc (VQ) 8 bit.TÝn hiÖu kÝch thÝch ®−îc lùa chän b»ng c¸ch cùc tiÓu ho¸ sai sè ,cã tÝnh ®Õn träng sè thô c¶m ,gi÷a tiÕng nãi gèc vµ tiÕng nãi tæng hîp.C¸c tham sè kÝch thÝch (gåm :b¶ng m· cè ®Þnh vµ b¶ng m· Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 17 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP thÝch øng)®−îc x¸c dÞnh qua tõng khung con 5ms(t−¬ng ®−¬ng 40mÉu).C¸c hÖ sè cña bé läc LP ®· ®−îc l−îng tö vµ ch−a ®−îc l−îng tö ®−îc sö dông cho ph©n khung thø 2 ,cßn t¹i ph©n khung thø nhÊt c¸c hÖ sè cña bé läc LP ®· ®−îc néi suy sÏ ®−îc sö dông (trong c¶ hai tr−êng hîp ®· l−îng tö vµ ch−a l−îng tö).§é trÔ b−íc m¹ch vßng hë sÏ ®−îc tÝnh to¸n mét lÇn trong mét khung 10ms dùa trªn ®é lín tÝn hiÖu tho¹i .Sau ®ã c¸c phÐp tÝnh nµy sÏ lÆp l¹i trong tõng ph©n khung tiÕp theo.TÝn hiÖu ban ®Çu x(n) ®−îc tÝnh b»ng c¸c läc ®é d− LP th«ng qua bé läc tæng hîp W(z)/A(z).Tr¹ng th¸i ban ®Çu cña bé läc nµy Lµ TÝn hiÖu lçi gi÷a tÝn hiªu d− LP vµ tÝn hiÖu kÝch thÝch .Sù ph©n tÝch b−íc cña m¹ch vßng ®ãng sÏ thùc hiÖn sau ®ã (®Ó t×m ®é trÔ m· thÝch øng vµ ®é khuÕch ®¹i )dïng tÝn hiÖu ban ®Çu x(n) vµ ®Æc tuyÕn xung h(n) ,b»ng c¸ch lµm trßn gi¸ trÞ ®é trÔ b−íc cña m¹ch vßng hë.§é trÔ b−íc ®−îc m· ho¸ b»ng m· 8 bit trong ph©n khung thø nhÊt ,®é vi sai cña ®é trÔ ®−îc m· ho¸ b»ng m· 5 bit trong ph©n khung thø 2 .TÝn hiÖu x’(n) lµ tÝn hiÖu cña 2 tÝn hiÖu :tÝn hiÖu ban ®Çu x(n) vµ tÝn hiÖu m· thÝch øng –lµ tÝn hiÖu m· cè ®Þnh.TÝn hiÖu nµy ®−îc dïng trong viÖc t×m tÝn hiÖu kÝch thÝch tèi −u .Gi¸ trÞ kÝch thÝch m· cè ®Þnh ®−îc m· ho¸ b»ng m· ®¹i sè 17 bit(trong ®ã :chØ sè b¶ng m· cè ®Þnh ®−îc m· ho¸ b»ng tõ m· C1,C2-13 bit ; DÊu b¶ng m· cè ®Þnh ®−îc m· ho¸ b»ng tõ m· S1,S2-3bit).C¸c bé khuÕch ®¹i b¶ng m· cè ®Þnh vµ b¶ng m· thÝch øng ®−îc l−îng tö ho¸ b»ng vÐc t¬ 7 bit(Trong ®ã:ë b−íc 1 ®−îc m· ho¸ b»ng tõ m· GA1,GA2 -3 bit ; ë b−íc 2 ®−îc m· ho¸ b»ng tõ m· GB1,GB2-4 bit ).t¹i ®©y sù dù ®o¸n trung b×nh ®éng MA cho bé khuÕch ®¹i m· cè ®Þnh .Cuèi cïng ,dùa vµo c¸c bé nhí läc sÏ x¸c ®Þnh ®−îc tÝn hiÖu kÝch thÝch. *nguyªn lý bé gi¶i nÐn CS-ACELP Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 18 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP S¬ ®å khèi cña bé gi¶i nÐn CS-ACELP ®−îc m« t¶ trong h×nh 2.4 B¶ng m· cè ®Þnh Gc B¶ng m· thÝch øng Gp  Bé läc ng¾n h¹n  bé xö lý tr¹m H×nh-2 S¬ ®å nguyªn lý cña bé gi¶i nÐn CS-ACELP §Çu tiªn ,c¸c chØ sè cña c¸c tham sè ®−îc trÝch ra tõ buång bit thu.C¸c chØ sè nµy sÏ ®−îc gi¶i m· ®Ó thu l¹i c¸c tham sè cña bé m· ho¸ trong 1 khung tiÕng nãi 10 ms .C¸c tham sè ®ã lµ :c¸c hÖ sè LSP ,2 phÇn ®é trÔ b−íc(®é trÔ b−íc vµ ®é vi sai cña ®é trÔ b−íc),2 vec t¬ b¶ng m· cè ®Þnh (chØ sè m· cè ®Þnh vµ chØ sè b¶ng m· cè ®Þnh ),vµ 2 tËp hîp ®é khuÕch ®¹i b¶ng m· cè ®Þnh vµ b¶ng m· thÝch øng .C¸c hÖ sè LSP ®−îc néi suy vµ ®−îc chuyÓn ®æi thµnh c¸c hÖ sè bé läc LP cho mçi ph©n khung.Sau ®ã ,cø mçi ph©n khung thùc hiÖn c¸c b−íc tiÕp theo: Gi¸ trÞ kÝch thÝch ®−îc kh«i phôc lµ tæng cña vÐc t¬ b¶ng m· cè ®Þnh vµ b¶ng m· thÝch øng nh©n víi c¸c gi¸ trÞ khuÕch ®¹i t−¬ng øng cña chóng. TiÕng nãi ®−îc kh«i phôc b»ng c¸ch läc gi¸ trÞ kÝch thÝch nµy th«ng qua bé läc tæng hîp LP TÝn hiÖu tiÕng nãi kh«i phôc ®−a qua b−íc xö lý tr¹m ,bao gåm bé läc thÝch øng dùa trªn c¬ së c¸c bé läc tæng hîp ng¾n h¹n vµ dµi h¹n ,sau ®ã qua bé läc th«ng cao vµ bé n©ng tÝn hiÖu. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 19 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP B¶ng 3.2 :C¸c tham sè cña bé nÐn vµ gi¶i nÐn CS-ACELP ký hiÖu m« t¶ c¸c bit L0 L1 L2 L3 P1 P0 S1 C1 GA1 GB1 P2 S2 C2 GA2 GB2 C¸c chØ sè dù b¸o MAchuyÓn m¹ch cña bé l−îng tö LPS 1 Vec t¬ b−íc ®Çu tiªn cña bé l−îng tö LPS 7 Vec t¬ thÊp b−íc thø hai cña bé l−îng tö LPS 5 Vec t¬ cao b−íc thø hai cña bé l−îng tö LPS 5 §é trÔ lªn giäng cña khung con thø nhÊt 8 Bit ch½n lÎ dµnh cho ®é trÔ lªn giäng 1 DÊu cña c¸c xung b¶ng m· cè ®Þnh cña khung con thø 4 nh©t 13 B¶ng m· cè ®Þnh cña khung con thø nhÊt 3 KhuÕch ®¹i b¶ng m· (b−íc 1 )cña khung con thø nh©t 3 KhuÕch ®¹i b¶ng m· (b−íc 2 )cña khung con thø nh©t §é trÔ lªn giäng cña khung con thø hai 5 DÊu cña c¸c xung b¶ng m· cè ®Þnh cña khung con thø 4 hai 13 B¶ng m· cè ®Þnh cña khung con thø hai 3 KhuÕch ®¹i b¶ng m· (b−íc 1)cña khung con thø hai 4 KhuÕch ®¹i b¶ng m· (b−íc 2)cña khung con thø hai 3.3.1: ChuÈn nÐn G.729A G.729A lµ thuËt to¸n m· ho¸ tiÕng nãi tiªu chuÈn cho tho¹i vµ sè liÖu ®ång thêi sè ho¸ (DSVD). G.729A lµ sù trao ®æi luång bit víi G.729 ,cã nghÜa lµ :tÝn hiÖu ®−îc m· ho¸ b»ng thuËt to¸n G.729A cã thÓ ®−îc gi¶i m· th«ng qua thuËt to¸n G.729 vµ ng−îc l¹i.Gièng nh− G.729 ,nã sö dông thuËt to¸n dù b¸o tuyÕn tÝnh m· kÝch thÝch ®¹i sè ®−îc cÊu tróc liªn kÕt (CS-ACELP) víi c¸c khung 10ms.Tuy nhiªn Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 20 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP ,mét vµi thuËt to¸n thay ®æi sÏ ®−îc giíi thiÖu mµ kÕt qu¶ cña c¸c thuËt to¸n nµy lµm gi¶m 50% ®é phøc t¹p . Nguyªn lý chung cña bé m· hãa vµ gi¶i m· cña thuËt to¸n G.729A gièng nh− G.729 .C¸c thñ tôc l−îng tö ho¸ vµ ph©n tÝch LP cña bé khuÕch ®¹i b¶ng m· cè ®Þnh vµ thÝch øng gièng nh− G.729.C¸c thay ®æi thuËt to¸n so v¬i G.729 sÏ tæng kÕt nh− sau: Bé läc träng sè thô c¶m sö dông c¸c tham sè bé läc LP ®· l−îng tö vµ ®−îc biÓu diÔn lµ ¦(z) =A(z)/A(z/γ) vãi gi¸ trÞ γ=0,75. Ph©n tÝch ®é lªn giäng m¹ch vßng hë ®¬n gi¶n ho¸ b»ng c¸ch sö dông ph−¬ng ph¸p decimation (cã nghÜa lµ trÝch lÊy 10 mÉu ) trong khi tÝnh sù t−¬ng quan cña tiÕng nã träng sè. C¸c tÝnh to¸n ph¶n øng xung cña bé läc tæng hîp träng sè W(z)/A(z) ,cña tÝn hiÖu ban ®Çu ,vµ viÖc thay thÕ W(z) b»ng 1/A(z/γ). ViÖc t×m b¶ng m· thÝch øng ®−îc ®¬n gi¶n ho¸ .ViÖc tim sÏ cùc ®¹i ho¸ gi¸ trÞ t−¬ng quan gi÷a kÝch thÝch tr−íc vµ tÝn hiÖu ban ®Çu läc tr−íc ( n¨ng l−îng cña kÝch thÝch tr−íc läc lµ kh«ng ®¸ng kÓ ). ViÖc t×m b¶ng m· cè ®Þnh ®−îc ®¬n gi¶n ho¸.Thay v× tËp trung ë m¹ch vßng tæ ong ,gi¶i ph¸p t×m s¬ ®å h×nh c©y ®é s©u tr−íc ®−îc sö dung. T¹i bé gi¶i m· , ho¹ ba cña bé läc sau sÏ ®−îc ®¬n gi¶n b»ng c¸ch sö dông chØ c¸c ®é trÔ nguyªn. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 21 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP B¶ng 3.3 C¸c th«ng sè WMOPS vµ MIPS cña G.729 vµ G.729A . Chøc n¨ng WPOPS C50 MIPS G.729 G.729A G.729 G.729A TiÒn xö lý Ph©n tÝch LP L−îng tö ho¸ vµ néi suy LSP BiÕn ®æi LSP thµnh A(z) & träng sè Lªn giäng m¹ch vßng hë Lªn giäng m¹ch vßng ®ãng B¶ng m· ®¹i sè L−îng tö ho¸ c¸c bé khuÕch ®¹i T×m kÝch thÝch vµ cËp nhËt bé nhí 0,20 1,63 0,95 0,30 1,45 5,83 6,35 0,46 0,21 0,20 1,28 0,95 0,12 0,82 1,55 1,86 0,46 0,08 0,226 1,957 1,390 0,461 1,563 3,453 8,406 0,643 0,278 0,226 1,696 1,390 0,173 0,955 1,778 3,046 0,643 0,112 Tæng Céng (m· ho¸) 14,38 7,32 18,377 10,019 Gi¶i m· Bé läc sau Xö lý sau 0,68 2,13 0,22 0,68 0,73 0,22 1,133 2,539 0,266 1,133 1,000 0,226 Tæng céng gi¶i m· 3,03 1,63 3,938 2,399 Tæng céng (m· ho¸ +gi¶i m·) 17,41 8,95 22,315 12,418 MIPS :(Million Instructions Per Second ) : triÖu c©u lÖnh trªn mét gi©y WMOPS: (Weighted Milion Operations Per Second): triÖu thao t¸c trªn 1 gi©y. C¶ hai bé m· ho¸ G.729 vµ G.729A ®· ®−îc thö nghiÖm trªn vi m¹ch T1TMS320C50 DSP.Trong thö nghiÖm USH, thuËt to¸n m· ho¸ song c«ng G.729A yªu cÇu 12,4 MIPS, trong khi G.729 yªu cÇu 22,3 MIPS .ViÖc gi¶m ®é phøc hîp cña c¶ hai bé m· ho¸ G.729 vµ G.729A ®−îc ®−a ra trong b¶ng 3.3 cho c¶ hai phÇn m· ho¸ vµ gi¶i m·. §é phøc t¹p ë ®©y thÓ hiÖn qua 2 sè h¹ng :C50 MIPS vµ WOPS cña thuËt to¸n c¬ së .VÒ yªu cÇu G.729A yªu cÇu Ýt h¬n 2k RAM vµ 10k ROM trong khi G.729 yªu cÇu kho¶ng 2k RAM vµ 11k ROM.HiÓn nhiªn víi viÖc sö dông G.729A gi¶m ®−îc kho¶ng 50% ®é phøc t¹p so víi G.729, víi viÖc gi¶m mét Ýt chÊt l−îng trong tr−êng hîp 3 bé ®«i (m· ho¸ / gi¶i m·) vµ trong tr−êng hîp cã t¹p ©m nÒn. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 22 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP 3.3.2 ChuÈn nÐn G.729B G.729B ®−a ra mét nguyªn lý nÐn im lÆng tèc ®é bÝt thÊp ®−îc thiÕt kÕ vµ tèi −u ho¸ ®Ó lµm viÖc chung ®−îc víi c¶ G.729 vµ G.729A phøc t¹p thÊp.§Ó ®¹t ®−îc viÖc nÐn im lÆng tèc ®é bit thÊp chÊt l−îng tèt ,mét m« ®un bé dß ho¹t ®éng tho¹i khun c¬ b¶n lµ yÕu tè cÇn thiÕt ®Ó dß c¸c khung tho¹i kh«ng tÝch cùc,gäi lµ c¸c khung t¹p ©m nÒn hoÆc khung im lÆng.§èi víi c¸c khung tho¹i kh«ng tÝch cùc ®· dß ®−îc nµy, mét m« ®un truyÒn gi¸n ®o¹n ®o sù thay ®æi theo thêi gian cña ®Æc tÝnh tÝn hiÖu tho¹i kh«ng tÝch cùc vµ quyÕt ®Þnh xem cã mét khung m« t¶ th«ng tin im lÆng míi kh«ng cã thÓ ®−îc göi ®i ®Ó duy tr× chÊt l−îng t¸i t¹o cña t¹p ©m nÒn t¹i ®Çu thu.NÕu cã mét khung nh− thÕ ®−îc yªu cÇu ,c¸c tham sè n¨ng l−îng vµ phæ m« t¶ c¸c ®Æc tÝnh c¶m nhËn ®−îc cña t¹p ©m nÒn ®−îc m· ho¸ vµ truyÒn ®i mét c¸ch hiÖu qu¶ dïng 15b/khung .T¹i ®Çu cuèi thu ,m« ®un t¹o t¹p ©m phï hîp sÏ t¹o t¹p ©m nÒn ®Çu ra sö dông tham sè cËp nhËt ®· ph¸t hoÆc c¸c tham sè ®· cã tr−íc ®ã.T¹p ©m nÒn tæng hîp ®¹t ®−îc b»ng c¸ch läc dù b¸o tuyÕn tÝnh tÝn hiÖu kÝch thÝch gi¶ tr¾ng ®−îc t¹o ra trong néi bé cña møc ®iÒu khiÓn .Ph−¬ng ph¸p m· ho¸ t¹p ©m nÒn tiÕt kiÖm tèc ®é bit cho tiÕng nã m· ho¸ t¹i tèc ®é bit trung b×nh thÊp 4kbps trong cuéc ®µm tho¹i tiÕng nãi b×nh th−êng ®Ó duy tr× chÊt l−îng ®µm tho¹i. §èi víi c¸c øng dông DSVD (Digital Simultaneous Voice and data: tho¹i vµ sè liÖu ®ång thêi sè ho¸ ) vµ ®é nh¹y tèc ®é bit kh¸c ,G729B lµ mét ®iÒu kiÖn tèi cÇn thiÕt ®Ó gi¶m t«c ®é bit h¬n n÷a b¨ng c¸ch sö dông c«ng nghÖ nÐn im lÆng.Khi kh«ng cã tiÕng nãi ,tèc ®é bit cã thÓ gi¶m,gi¶i phãng dung l−îng kªnh cho c¸c øng dông x¶y ra ®ång thêi,vÝ dô nh− ®−êng truyÒn tiÕng kh¸c trong ®iÖn tho¹i tÕ bµo ®a truy nhËp ph©n kªnh theo m·/theo thêi gian (TDMA/CDMA) hoÆc truyÒn sè liÖu ®ång thêi.Mét phÇn ®¸ng kÓ trong cuéc ®µm tho¹i th«ng th−êng lµ im lÆng ,trung b×nh lªn tíi 60% cña mét cuéc ®µm tho¹i 2 chiÒu. Trong suèt qu¸ tr×nh im lÆng ,thiÕt bÞ ®Çu vµo tiÕng,vÝ dô nh− tai nghe ,sÏ thu th«ng tin tõ m«i tr−êng ån .Møc vµ ®Æc tÝnh ån cã thÓ thay ®æi ®¸ng kÓ,tõ mét phßng im lÆng tíi ®−êng phè ån µo hoÆc tõ mét chiÕc « t« chuyÓn ®éng nhanh,Tuy nhiªn ,hÇu hÕt c¸c nguån t¹p ©m th−êng mang th«ng tin Ýt h¬n th«ng tin tiÕng ,v× vËy, trong c¸c chu kú kh«ng tÝch cùc tû sè Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 23 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP nÐn sÏ cao h¬n .NhiÒu øng dông ®iÓn h×nh, vÝ dô hÖ thèng toµn cÇu ®èi víi ®iÖn tho¹i di ®éng GSM ,sö dông viÖc dß t×m chu kú im lÆng vµ chÌn t¹p ©m phï hîp ®Ó t¹o ®−îc hiÖu qu¶ m· ho¸ cao h¬n. XuÊt ph¸t tõ quan niÖm vÒ dß t×m im lÆng vµ chÌn t¹p ©m phï hîp dÉn ®Õn c¸c c«ng nghÖ m· ho¸ tiÕng mÊu kÐp..C¸c mÉu khac nhau bëi tÝn hiÖu ®Çu vµo ,®−îc hiÓn thÞ lµ :tho¹i tÝch cùc ®èi víi tiÕng nãi vµ tho¹i kh«ng tÝch cùc ®èi víi im lÆng hoÆc t¹p ©m nÒn,®−îc x¸c ®Þnh bëi sù ph©n lo¹i tÝn hiªu.Sù ph©n lo¹i nµy cã thÓ ®−îc thùc hiÖn bªn trong hoÆc bªn ngoµi bé m· ho¸ tiÕng nãi.Bé m· ho¸ tiÕng toµn tèc cã thÓ cã t¸c dông trong qu¸ tr×nh tiÕng tho¹i tÝch cùc,nh−ng cã mét nguyªn lý m· ho¸ kh¸c ®−îc dïng ®èi víi tÝn hiÖu tho¹i kh«ng tÝch cùc,sö dông Ýt bit h¬n ,tû sè nÐn trung b×nh cao h¬n.Sù ph©n lo¹i nµy ®−îc gäi chung lµ bé dß ho¹t ®éng tho¹i (VAD: Voice Activity Detector ) vµ ®Çu ra cña bé nµy gäi lµ møc ho¹t ®éng tho¹i.Møc ho¹t ®éng tho¹i lµ 1 khi cã mÆt ho¹t ®éng tho¹i vµ lµ 0 khi kh«ng cã ho¹t ®éng tho¹i. ThuËt to¸n VAD vµ bé m· ho¸ tiÕng nãi kh«ng tÝch cùc ,gièng víi c¸c bé m· ho¸ G.729 vµ G.729A, ®−îc thùc hiÖn trªn c¸c khung cña tiÕng nãi ®· ®−îc sè ho¸.§Ó phï hîp kÝch th−íc c¸c khung gièng nhau ®−îc dïng cho mäi s¬ ®å vµ kh«ng cã ®é trÔ thªm vµo nµo ®−îc t¹o ra bëi thuËt to¸n VAD hoÆc bé m· ho¸ tho¹i kh«ng tÝch cùc ®èi víi nÐn cao h¬n .§Çu vµo bé m· ho¸ tiÕng nãi lµ tÝn hiÖu tiÕng nãi ®Õn ®· ®−îc sè ho¸ .Víi mçi khung tiÕng nãi ®Çu vµo ,VAD ®−a ra møc ho¹t ®éng tho¹i ,møc nµy ®−îc dïng nh− mét chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c bé m· ho¸ tho¹i tÝch cùc vµ kh«ng tÝch cùc.Khi bé m· ho¸ tho¹i tÝch cùc cã t¸c dông,luång bit tho¹i tÝch cùc sÏ göi tíi bé gi¶i m· tÝch cùc cho mçi khung.Tuy nhiªn,trong c¸c chu kú kh«ng tÝch cùc ,bé m· ho¸ tho¹i kh«ng tÝch cùc cã thÓ ®−îc chän ®Ó göi ®i c¸c th«ng tin míi nhÊt gäi lµ bé m« t¶ viÖc chÌn im lÆng (SID :Silence Insertion Descriptor ) tíi bé gi¶i m· kh«ng tÝch cùc hoÆc kh«ng göi g× c¶ .Kü thuËt nµy cã tªn lµ truyÒn gi¸n ®o¹n (DTX :Discontinuous Transmission ) .Víi mçi khung ,®Çu ra cña mçi bé gi¶i m· ®−îc dïng lµm tÝn hiÖu kh«i phôc. Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 24 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP 3.4: Kü thuËt nÐn MP-MLQ&ACELP G723.1 KhuyÕn nghÞ G 723.1 ®−a ra mét bä m· hãa tiªu chuÈn dïng ®Ó nÐn tÝn hiÖu tiÕng nãi hoÆc c¸c tÝn hiÖu audio kh¸c cña c¸c dÞch vô ®a ph−¬ng tiÖn t¹i tèc ®é rÊt thÊp, gièng víi phÇn tiªu chuÈn cña hä H323. VÒ tèc ®é bit: Bé m· hãa nµy cã 2 tèc ®ä bit 5,3 kbps vµ 6.3 kbps. Bé m· hãa cã tèc ®ä bit cao h¬n sÏ cã chÊt l−îng cao h¬n. Bé m· hãa cã tèc ®é bit thÊp h¬n ®em l¹i chÊt l−îng tèt vµ céng thªm tÝnh ninh ho¹t, cung cÊp cho c¸c nhµ thiÕt kÕ hÖ thèng. Bé m· hãa vµ gi¶i m· b¾t buéc ph¶i cã c¶ hai tèc ®ä bit nµy. Chóng cã thÓ chuyÓn m¹ch ®−îc gi÷a hai tèc ®é bit t¹i bÊt kú ®−êng biªn giíi nµo ®ã cña khung. Khi tÝn hiÖu lµ phi tho¹i th× cã thÓ lùa chän mét tèc ®é bit biÕn thiªn vÒ truyÒn kh«ng liªn tôc vµ ®iÒu khiÓn nh÷ng kho¶ng trèng. TÝn hiÖu ®Çu vµo cã thÓ cña bé m· hãa nµy tèi −u hãa tÝn hiÖu tiÕng nãi víi chÊt l−îng cao tai c¸c tèc ®é bit ®· nãi ë trªn víi mét ®é h¹n chÕ vÒ ®é phøc t¹p. Bé m· hãa nµy dïng ®Ó m· hãa tiÕng nãi vµ c¸c tÝn hiÖu audio kh¸c víi c¸c khung dïng kü thuËt m· hãa ph©n tÝch b»ng tæng hîp dù b¸o tuyÕn tÝnh. TÝn hiÖu kÝch thÝch ®èi víi bé m· hãa tèc ®é bit cao h¬n lµ l−îng tö hãa ®óng cùc ®¹i ®a xung ( MP-MLQ) vµ ®èi víi bé m· hãa cã tèc ®é bit thÊp h¬n, lµ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch thÝch m· ®¹i sè (ACELP). KÝch thÝch khung lµ 30ms, céng thªm 7,5 ms look-ahead, t¹o ra trÔ sö lý thuËt to¸n tæng céng lµd 37,5 ms. Toµn bé trÔ thªm vµo bé m· hãa lµ tæng cña: trÔ sö lý, trÔ truyÒn dÉn trªn c¸c ®−êng truyÒn th«ng tin vµ trÔ ®Öm cña c¸c giao thøc ghÐp kªnh. *Nguyªn lý cña bé nÐn G723.1 TÝn hiÖu PCM 64kbps ®Çu vµo (theo luËt A hoÆc u) bé m· hãa nµy, ®−îc lÊy mÉu ë tÇn sè 8kHz, sau ®ã qua bé chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu PCM ®Òu 16 bit ®−a tíi ®Çu vµo bé m· hãa. TÝn hiÖu ®Çu ra bé gi¶i m· sÏ ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu PCM (theo luËt A hoÆc u)theo ®óng tÝn hiÖu ®Çu vµo. C¸c ®Æc tÝnh ®µu vµo/®Çu ra kh¸c, gièng nh− cña tÝn hiÖu PCM 64kbps (theo khuyÕn nghÞ ITU-G711), sÏ ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu PCM ®Òu 16 bit t¹i ®Çu vµo bé m· hãa, hoÆc tÝn hiÖu Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 25 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP PCM ®Òu 16 bit sÏ ®−îc chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ra PCM theo ®óng qui luËt cña tÝn hiÖu vµo ë bé gi¶i m· sÏ ®−îc tr×nh bµy chi tiÕt sau. Bé m· hãa dùa trªn nguyªn lý bé m· hãa ph©n tÝch b»ng tæng hîp dù ®o¸n tuyÕn tÝnh vµ cè g¾ng cùc tiÓu hãa sai sè cã tÝnh träng sè thô c¶m. Bé m· hãa ®−îc thùc hiÖn theo tõng khung 240 mÉu. §iÒu nµy t−¬ng øng víi chu kú khung lµ 30ms vµ tÇn sè lÊy mÉu lµ 8kHz. T¹i mçi khèi, ®Çu tiªn tÝn hiÖu ®−îc ®−a qua c¸c bé läc th«ng cao ®Ó lo¹i bá thµnh phÇn tÝn hiÑu mét chiÒu DC vµ s¨u ®ã ®−îc chia thµnh 4 khung con. Víi mçi khung con sö dông tÝn hiÖu ®Çu vµo ch−a sö lý ®Ó tÝnh to¸n bé läc m· hãa tuyÕn tÝnh dù b¸o tuyÕn tÝnh bËc 10 (LPC). Bé läc LPC cña khung con cuèi cïng sÏ ®−îc l−îng tñ hãa Vector ph©n chia dù b¸o (PSVQ). C¸c hÖ sè LPC Ch−a ®−îc l−îng tö sÏ ®−îc dïng ®Ó kh«i phôc bé läc träng sè thô c¶m ng¾n h¹n. víi mçi hai ph©n khung (120 mÉu), sÏ sö dông tiÕng nãi träng sè ®Ó tÝnh to¸n chu kú lªn giäng tiÕng nãi m¹ch vßng kÝn. LOL. Chu kú lªn giäng tiÕng nãi ®−îc tÝnh trong kho¶ng tõ 18 ®Õn 142 mÉu. S¨u ®ã tÝn hiÖu tiÕng nãi sÏ ®−îc sö lý theo tõng ph©n khung c¬ b¶n 60 mÉu. Sö dông ®¸nh gi¸ chu kú lªn giäng cña tiÕng nãitr−íc ®Ó kh«i phôc bé läc d¹ng ån häa ba. Ph¶n øng xung ®−îc t¹o bëi viÖc ®Êu nèi bé läc tæ hîp LPC, bé läc cã tÝnh träng sè thô c¶m formant vµ bé läc d¹ng t¹p ©m häa ba. Ng−êi ta sö dông ph¶n øng xung nµy cho c¸c phÐp tÝnh kÕ tiÕp s¨u. Bé dù ®o¸n chu kú lªn giäng m¹ch vßng kÝn ®−îc tÝnh to¸n b»ng c¸ch sö dông ®¸nh gi¸ chu kú lªn giäng, LOL, vµ ph¶n øng xung. Ng−êi ta sö dông bé dù ®o¸n lªn giäng bËc 5. Chu kú lªn giäng sÏ ®−îc tÝnh lµ gÇn ®óng gi¸ trÞ vi sai nhá cña ®¸nh gi¸ lªn giäng m¹ch vßng hë. Thµng phÇn thªm vµo bé dù ®o¸n lªn giäng s¨u ®ã sÏ ®−îc lo¹i bá khái vector ban ®Çu. C¶ hai gi¸ trÞ chu kú lªn giängvµ gi¸ trÞ vi sai cña nã sÏ ®−îc truyÒn vÒ phÝa bé gi¶i m·. Cuèi cïng, c¸c thµnh phÇn kh«ng ®−îc dù ®o¸n cña tÝn hiÖu kÝch thÝch sÏ ®−îc lÊy gÇn ®óng. §èi víi bé m· hãa cã tèc ®é bit cao, ng−êi ta sö dông gi¸ trÞ kÝch thÝch l−îng tö hãa gÇn ®óng cùc ®¹i ®a xung ( MP-MLQ), vµ ®èi víi bé m· hãa cã tèc ®é bit thÊp, ng−êi ta sö dông gi¸ trÞ kÝch thÝch m· ®¹i sè (ACELP). Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 26 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP *Nguyªn Lý bé gi¶i nÐn G723.1 Bé gi¶ m· ®−îc thùc hiÖn trªn nguyªn lý c¬ b¶n tõng khung. §Çu tiªn c¸c chØ sè cña LPC sÏ ®−îc gi¶ m·, s¨u ®ã bä gi¶i m· sÏ kh«i phôc bé läc tæng hîp LPC. §èi ví mçi ph©n khung, c¶ hai gi¸ trÞ kÝch thÝch b¶ng m· cè ®Þnh vµ gi¸ trÞ b¶g m· thÝch øng sÏ ®−îc gi¶i m· vµ ®−a tíi ®Çu vµo bé läc tæ hîp LPC. Bé läc s¨u thÝch øng bao gåm formant vµ bé läc s¨u lªn giäng phÝa s¨u-phÝa tr−íc (forward- backward). TÝn hiÖu kÝch thÝch sÏ ®−îc ®−a tíi ®Çu vµo bé läc s¨u lªn giäng, ®Çu ra bé läc s¨u lªn giäng ®−îc ®−a tíi ®Çu vµo bé läc tæng hîp, vµ ®Çu ra bé läc tæng hîp sÏ ®−îc ®−a tíi ®Çu vµo bé läc s¨u formant. 3.5: ChuÈn nÐn GSM 06.10 §Çu vµo bé nÐn GSM 06.10 bao gåm c¸c khung 160 mÉu c¸c tÝn hiÖu PCM tuyÕn tÝnh lÊy mÉu t¹i tÇn sè 8kHz. Chu kú mçi khung lµ 20ms, kho¶ng 1 chu kú thanh m«n ®èi víi nh÷ng ng−êi cã giäng nãi cùc thÊp, vµ kho¶ng 10 chu kú thang m«n ®èi víi nh÷ng ng−êi cã giäng nãi rÊt cao. §©y lµ kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n, vµ trong kho¶ng nµy sãng tiÕng nãi kh«ng thay ®æi nhiÒu l¾m. §é trÔ truyÒn dÉn th«ng tin ®−îc tÝnh B»ng tæng thêi gian sö lý kÝch th−íc khung cña thuËt to¸n. Bé m· hãa thùc hiÖn nÐn mét khung tÝn hiÖu ®Çu vµo 160 mÉu (20ms) vµo mét khung 260 bit. Nh− vËy 1s nã sÏ thùc hiÖn nÐn ®−îc 13.103 bit ( t−¬ng ®−¬ng víi 1625 byte). Do vËy ®Ó nÐn 1M byte tÝn hiÖu chØ cÇn mét thêi gian ch−a ®Çy 10 phót. Trung t©m cña qu¸ tr×nh sö lý tÝn hiÖu kµ bé läc. §Çu ra bé läc phô thuéc rÊt nhiÒu vµo gi¸ trÞ ®Çu vµo ®¬n cña nã. Khi cã mét d·y c¸c gi¸ trÞ ®−a qua bé läc th× d·y tÝn hiÖu nµy sÏ ®−îc dïng ®Ó kÝch thÝch bé läc. D¹ng cña bé nÐn GSM 06.10 dïng ®Ó nÐn tÝn hiÖu tiÕng nãi bao gåm hai bé läc vµ mét gi¸ trÞ kichts thÝch ban ®Çu. Bé läc ng¾n h¹n dù b¸o tuyÕn tÝnh, ®−îc ®Æt t¹i tÇng ®Çu tiªn cña qu¸ tr×nh nÐn vµ t¹i tÇng cuèi cïng trong suèt qu¸ tr×nh gi¶i nÐn, ®−îc gi¶ sö tu©n theo quy luËt ©m thanh cña mòi vµ c¬ quan ph¸t thang. Nã ®−îc kÝch thÝch bëi ®Çu ra cña bé läc dù b¸o dµi h¹n (LTP). Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 27 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP C¸c thuËt ng÷ viÕt t¾t ACELP ADPCM Algebraic Code Excited Linear Prediction Adative Diffirential Pulse Code Modulation Dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch thÝch m· ®¹i sè §iÒu chÕ xung m· vi ph©n cã thÝch øng Dù b¸o tuyÕn tÝnh kÝch thÝch CELP Code Excited Linear Prediction Cänugate Structured-Algebraic  m· Dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch thÝch CS-ACELP  Code Excited Linear Prediction Diffirential Pulse Code  m· ®¹i sè- DPCM  Modulation §iÒu chÕ xung m· vi ph©n GSM Global System for Mobile communication HÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu IP Internet Protocol Giao thøc Internet Iintrnational Telecomunications ITU  Union Liªn minh viÔn th«ng quèc tÕ LAN Local Area Network M¹ng côc bé LCF Location Confirm X¸c nhËn vÞ trÝ Low Delay-Code Excited Linear LD-CELP  Prediction Dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch thÝch LPC Linear Pridictive Coding M· hãa dù ®o¸n tuyÕn tÝnh LSP Line Spectrum Pairs CÆp Phæ ®êng d©y MELP MP-MLQ Mixed Excitation Linear Predictive Multipulse Maximum Likelihood Quantization Dù b¸o tuyÕn tÝnh kÝch thÝch tæ hîp Lîng tö hãa ®óng cù ®¹i ®a xung PCM Pulse Code Modulation §iÒu chÕ xung m· QoS Quality of Service ChÊt lîng dÞch vô Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 28 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP RTCP Real-time Transport Control Protocol Giao thøc ®iÒu khiÓn truyÒn t¶i thêi gian thùc Giao thøc truyÒn t¶i thêi gian RTP Real-time Transport Protocol  thùc SNR Signal-to-Noise Ratio TØ sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m Giao thøc ®iÒu khiÓn truyÒn TCP Transmission Control Protocal UDP Unregister Datagram Protocol  dÉn Giao thøc gãi d÷ liÖu ngêi dïng VoIP Voice-over-IP Tho¹i qua IP Tμi LiÖu tham kh¶o 1, N©ng cao hiÖu suÊt sö dông b¨ng th«ng cho c¸c øng dông VoIP-ThS.Hå Quang HuÖ 2, §å ¸n :C«ng nghÖ VoIP -Phan Thanh HiÒn §T1A K44 Tr−êng §H GTVT. 3, §å ¸n : Nghiªn cøu c«ng nghÖ VoIP- NguyÔn C«ng B¸ch - Líp §T2 - K43 Tr−êng §HBKHN 4, §å ¸n : Nghiªn cøu øng dông c«ng nghÖ ®iÖn tho¹i trªn Internet- Ph¹m ViÖt Dòng líp DTTH1 K40 Tr−êng §H BKHN. 5, Tµi liÖu ITU Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 29 Bé m«n : §iÖn tö- ViÔn th«ng Kü thuËt nÐn trong VoIP Môc lôc Lêi nãi ®Çu Ch−¬ng1: Giíi thiÖu………………………………….………………...………….1 Ch−¬ng 2: C¸c ph−¬ng ph¸p nÐn tho¹i………………………………………......3 2.1: Ph−¬ng ph¸p nÐn kiÓu Waveform……………………………..…..5 2.1.1: PCM (Pulse Code Modulation) G711..………………….6 2.1.2: DM (Delta Modulation)………………………………….8 2.1.3: DPCM (Diffirential PCM)…………………..…...…...….8 2.1.4: ADPCM (Adaptive Diffirential PCM) G726...................8 2.2: Ph−¬ng ph¸p nÐn kiÓu Vocoder…………………………..………..9 2.3: Ph−¬ng ph¸p nÐn kiÓu Hybrid……………………………………11 Ch−¬ng 3: Kü thuËt nÐn trong VoIP………………………….……..………….12 3.1: Kü thuËt nÐn CELP…………………………………………...…..12 3.2: Kü thuËt nÐn LD-CELP G728……………………………...…….14 3.3: Kü thuËt nÐn CS-ACELP G729…………………………………..17 3.3.1: ChuÈn nÐn G729A…………………….…………..……22 3.3.2: ChuÈn nÐn G729B………………………….……..……24 3.4: Kü thuËt nÐn MP-MLQ&ACELP G723.1………………………26 3.5: ChuÈn nÐn GSM 06.10……………………………………………29 C¸c thuËt ng÷ viÕt t¾t Tµi liÖu tham kh¶o Gi¸o viªn h­íng dÉn: Lª Trung Dòng Sinh viªn : Ph¹m Thu Hoµi – Lª Hßa 30