Tỷ lệ giữ nguyên (%) Tỷ lệ dãn bằng 2L0 (%) Tỷ lệ dãn bằng 1.3L0 (%) Tỷ lệ nén bằng 0.7L0 (%) Tỷ lệ nén bằng 0.5L0 (%) Phiên 1 78,72 0,01 10,75 9,99 0,53 Phiên 2 94,88 0,02 2,53 2,55 0,02 Phiên 3 67,72 0,37 15,89 14,40 1,62 Phiên 4 72,00 0,35 13,71 12,62 1,32
Trong hình 5.10 là kết quả tính toán thời gian đọc ra thích nghi với từng gói trong “talkspurt” sử dụng thuật toán trong bảng 4.5. Đồng thời cũng tính tỷ lệ phần trăm gói phải co dãn với chiều dài bằng 2L0, 1,3L0, 0,7L0, 0,5L0 (với L0 là khoảng thời gian định kỳ bộ phát gửi gói đi, với chuẩn G.729 bằng 20 ms).
Trễ mạng
Trễ đầu cuối ước
lượng Đọc ra thích nghi ễ (m s ) Tr ễ (m s )
Hình 5.10: Trễ gói đầu cuối - đầu cuối và trễ đọc ra thích nghi
Trên hình 5.10, các điểm chấm là thể hiện trễ mạng của gói, đƣờng nét đứt là trễ đầu cuối - đầu cuối ƣớc lƣợng bằng thuật toán NLMS, đƣờng nét liền là biểu diễn thời gian đọc gói ra. Phiên 2 có tỷ lệ gói phải co dãn thấp nhất trong các phiên là do chênh lệch giữa trung vị và trễ trung bình của phiên là nhỏ nhất so với các phiên khác.
Trong phần mô phỏng này đánh giá: trễ đọc ra trung bình, tỷ lệ phần trăm mất gói (PLR), tỷ lệ phần trăm gói phải co dãn đối với các phiên trễ khác nhau. Do thu thập trễ mạng một chiều gặp một số khó khăn, trong luận văn đã sử dụng trễ khứ hồi thay thế. Kết quả cho thấy, khả năng cải thiện các tiêu chuẩn nhƣ trên khi sử dụng các thuật toán đề xuất so với phƣơng pháp truyền thống không sử dụng. Tuy nhiên, để đánh giá chính xác mức độ cải thiện chất lƣợng hơn bao nhiêu phần trăm thì cần phải có điều kiện cụ thể về mạng và hệ thống đánh giá chất lƣợng theo kết quả đánh giá trung bình (MOS) cũng nhƣ đo chất lƣợng thoại cảm nhận (PSQM). Phiên 3 Tr ễ (m s ) Số gói
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƢƠNG LAI
Luận văn đã trình bày một cách có hệ thống về công nghệ thoại IP, các vấn đề cần giải quyết khi sử dụng công nghệ này cũng nhƣ các đặc điểm của nó. Một trong các vấn đề chính làm giảm chất lƣợng thoại đƣợc đặt ra để giải quyết trong luận văn này là trễ gói và mất gói. Luận văn trọng tâm vào nghiên cứu phát triển, thực hiện và đánh giá kỹ thuật khôi phục mất gói sử dụng kỹ thuật co dãn theo thời gian (TSM), kỹ thuật này đƣợc áp dụng kết hợp thuật toán đọc ra
thích và thuật toán "lấp đầy bằng sóng đồng dạng" (WSOLA). Thuật toán đạt đƣợc cho phép ƣớc lƣợng chính xác hơn trễ mạng.
Kỹ thuật co dãn thang thời gian dựa trên thuật toán WSOLA đƣợc xem xét cho chƣơng trình đọc gói thích nghi và che dấu trong phạm vi thông tin thoại thời gian thực qua mạng IP. Vì các phƣơng pháp đã đề xuất thực hiện ở bộ thu không cần yêu cầu thêm gì đối với bộ phát cũng nhƣ yêu cầu đối với mạng nên kỹ thuật mà luận văn đã trình bày có khả năng ứng dụng rộng rãi. Cơ chế chƣơng trình đọc ra thích nghi ƣớc lƣợng trễ mạng dựa trên thuật toán lọc thích nghi NLMS chu kỳ ngắn bao gồm một của sổ tƣơng đối nhỏ chứa cỡ 30 gói. Trong trƣờng hợp các đỉnh của trễ, một chế độ đặc biệt đƣợc sử dụng để bám theo biến động trễ nhanh. Ƣớc lƣợng thời gian đọc ra của các gói thoại đƣợc điều chỉnh với thống kê trễ mạng biế n đổi. Khác với trƣớc đây, việc điều chỉnh không chỉ thực hiện giữa các "talkspurt" mà còn thực hiện trong "talkspurt" với một phƣơng pháp linh hoạt cao. Sự tái tạo lại chính xác thoại và đọc ra liên tục, sử dụng thuật toán WSOLA cho từng gói và đảm bảo không làm tăng thêm trễ hoặc gián đoạn tại biên của các gói. Kết quả mô phỏng dựa trên đo kiểm Internet cho thấy sự cân bằng giữa trễ bộ đệm và mất do trễ có thể cải thiện đáng kể. Cho trễ bộ đệm là 30 ms, tỷ lệ mất có thể giảm hơn 10%. Quan trọng hơn, thuật toán đề xuất rất phù hợp để tránh mất một số gói liên tiếp, điều này đặc biệt quan trọng để cho che dấu mất gói. Kỹ thuật che dấu mất gói dựa trên WSOLA cũng đƣợc đề nghị để chống mất gói và kết hợp cùng với chƣơng trình đọc ra thích nghi. So sánh với các kỹ thuật trƣớc, cơ chế đề xuất trên hoạt động với độ trễ rất thấp trong thời gian một gói và có thể kết hợp với các mô hình khôi phục mất khác nhau hiệu quả hơn.
Kiến nghị, hạn chế và hướng phát triển
Trong thuật toán ƣớc lƣợng trễ NLMS, nó sử dụng các gói trƣớc đó để dự đoán trễ mạng cho gói hiện tại và cải thiện đƣợc đáng kể trễ đỉnh do thuật toán thay đổi nhanh bắt kịp sự biến động nhanh của trễ mạng. Tuy nhiên, với trƣờng hợp những gói mất (không bao giờ đến đích) thì thuật toán chƣa thể cập nhật cho véc tơ trễ gói, và càng khó khăn cho trƣờng hợp mất liên tiếp nhiều gói, trong luận văn tạm thời tính bằng bốn lần trễ trung bình nhƣng chƣa phải là tối ƣu. Đây là công việc cần phải nghiên cứu tiếp để hoàn thiện hơn thuật toán này. Hơn nữa, kết qủa mô phỏng cũng cho thấy thuật toán NLMS cải thiện tốt trong
trƣờng hợp biến động trễ cao, trƣờng hợp biến động trễ thấp không nhất thiết phải sử dụng thuật toán này. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo có thể làm là nghiên cứu kết hợp với các thuật toán khác và mềm dẻo chuyển đổi giữa các thuật toán khi trễ mạng có sự thay đổi lớn và phải đƣợc đánh giá sự biến động trễ mạng qua các tiêu chí của xác suất thống kê nhƣ kỳ vọng, phƣơng sai, trung vị và phân bố của nó.
Thuật toán WSOLA thực hiện tốt che dấu mất gói trong trƣờng hợp mất từng gói, khi mất gói liên tiếp xảy ra lớn hơn 4 gói kỹ thuật này không thật hiệu quả để đảm bảo chất lƣợng thoại. Giải pháp khi đó cần nghiên cứu sử dụng kết hợp với một số cơ chế khác nhƣ FEC, ghép xen, hoặc một giải pháp khá hiệu quả trong trƣờng hợp lỗi đƣờng truyền hay nghẽn trong thời gian dài là, phía phát khi đó sẽ gửi đúp các gói có cùng nội dung, địa chỉ nhƣ thế các gói sẽ đi trên các đƣờng khác nhau, ở phía thu sẽ có cơ chế lựa chọn và huỷ bỏ gói hợp lý.
Tóm lại, các thuật toán đề xuất trong luận văn này có nhiều ƣu điểm so với các thuật toán trƣớc đây, trong một giới hạn điều kiện mạng nó cải thiện đáng kể chất lƣợng thoại. Nghiên cứu tiếp theo có thể kết hợp với các phƣơng pháp khác để giải quyết đƣợc triệt để hơn, nhằm đƣa các ứng dụng không chỉ riêng thoại vào mạng IP mà chủ yếu là mạng Internet đƣợc hiệu quả hơn nữa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Nguyễn Quốc Cƣờng (2001), Internet working với TCP/IP, tập 1, tr. 207-220, nhà xuất bản Lao động xã hội.
[2] Nguyễn Hồng Sơn (2003), Kỹ thuật điện thoại qua IP và Internet, tr. 160-194, nhà xuất bản Lao động xã hội.
[3] Phùng Văn Vận (2003), Điện thoại IP, tr. 50-58, nhà xuất bản Bƣu điện.
Tiếng Anh
[4] A.Kansal and A.Karandikar (2001), "Adaptive delay estimation for low jitter audio over Internet", in Proc. IEEE Global Telecom. Conf, Vol.4, pp. 2591- 2595.
[5] Aziz Shallwani (2003), An adaptive playout algorithm with delay spike detection for real-time VoIP, pp. 29-53, Master thesis.
[6] A. Watson and M. Sasse (1998), “Measuring perceived quality of speech and video in multimedia conferencing applications”, Proc. of ACM Multimedia, pp. 55–60.
[7] Colin Perkins, Orion Hodson, and Vicky Hardman (1998), “A survey of packet loss recovery technique for streaming audio”, in IEEE network.
[8] Christopher Y.Metz (1999), IP Switching Protocols and Architectures, pp. 23- 79, McGraw-Hill.
[9] Daniel Minoli (2002), Voice over MPLS Planning and Designing Networks, pp. 38-124.
[10] David J.Wright (2001), Voice over Packet Network, pp. 76-100, John Wiley & Son Ltd.
[11] Ejaz Mahfuz (2000), Packet Loss Concealment for Voice Transmission over IP Networks, pp.1-6, 44-60, Master thesis.
[12] Fang Liu, Jong Won Kim, and C. C. Jay Kuo (2001), “ Adaptive delay concealment for internet voice applicationns with packet-based time-scale modification”.
[13] Fang Liu, Jong Won Kim, and C. C. Jay Kuo (2002), “Quality enhancement of packet audio with time-scale modification”.
[14] Fredrik Gustarfsson (2000), Adaptive Filtering and Change Detection, pp. 8- 16. John Wiley & Sons Ltd.
[15] Gilbert Held (2000), Managing TCP/IP networks: techniques, tools, and security considerations, pp. 17-28, 29-60,74-88, John Wiley & Son Ltd.
[16] Henning Sanneck (2000), Packet loss recovery and control for voice transmission over the internet, pp. 100-120. Doctor thesis.
[17] H. Sanneck, A. Stenger, K. Ben Younes, and B. Girod (1996), “A new technique for audio packet loss concealment”.
[18] H. Shulzrinne, S. Casner, R. Frederick, and V. Jacobsen, “A Transport Protocol for Realtime Applications”, Network Working Group RFC:1889, Internet Engineering Task Force, Jan. 1996.
[19] Harri Majamaki (1999), Delay Charactericstic of an IP Voice Terminal, pp. 43-48, Master thesis.
[20] Jonas Lindblom (2001), Packetized speech transmission combatting the packet problem, pp. 15-20.
[21] Jonathan Davidson, James Peters (2000), Voice over IP Fundamentals, pp. 168-283, Cisco System.
[22] J. M. Pitts and J. A. Schormans (2000), Introduction to IP and ATM Design and Performance, pp. 267-279, John Wiley & Son Ltd.
[23] Moo Young Kim and Renat Vafin (2001), “Packet-loss recovery techniques for VoIP”.
[24] Nortel Networks (2000), “RTP/UDP/IP header removal and construction for otimized voice bearer”, pp. 4-15.
[25] Tomas Andersson (2002), “Techniques used in Voice over IP Systems”. [26] Vinod K.Bhat (2001), “Voice over IP – the SIP way”, pp. 15-20.
[27] Yi.J. Liang (2003), Robust low-latency voice and video communication over best-effort networks, pp. 13-33. Doctor thesis.
[28] Yi J. Liang, N. Fọrber, and B. Girod (2001), “Adaptive playout scheduling using time-scale modification in packet voice communications” in Proc. IEEE int. Conf. Acoust., Spech, Signal Processing, Vol 3, pp. 1445 -1448.
[29] Werner Verhelst and Marc Roelands (2000), “An overlap-add technique based on waveform similarity (WSOLA) for high quality time-scale modification of speech”.
[30] www.ietf.org, (1999), “RFC 2198, RFC 2733, RFC 1889”,. [31] ITU-T recommendations G.7xx
PHỤ LỤC
(Chương trình mô phỏng viết bằng Matlab)
% Chuong trinh xac dinh ty le mat, tre toi da, tre toi thieu, tre trung binh % Uoc luong tre mang, tinh chieu dai goi, thoi gian docj ra, ty le co dan goi load trac e1.log -ascii;
x= trace1(:,1); % gan file trace1.log/trace2.log/trace3.log/trac e4.log vao vecto x [num,b]= size(x); % num la so goi nhan duoc
w=30; n=num; trebdmax=100; %---
for i=1:n % Tre oneway x(i)=round(x(i)/2); end dmax=x(1); dmin=x(1); sum=x(1); k=0;kk=0; for i=2:n if x(i)>dmax dmax=x(i); end
if x(i)<dmin & x(i)>0 dmin=x(i); end sum=sum+x(i); if x(i)==0 k=k+1; end end
dmax %tre lon nhat dmin %tre nho nhat d_aver=sum/n %tre trung binh
LR=100*k/n %Ty le phan tram goi mat %--- % Tinh Median t=1;med=dmin; while t==1 kk=0; for i=1:n if x(i)>med kk=kk+1; end end if ((kk/n) <=0.5) t=0; end med=med+1; if med>dmax t=0;end
end med %---
% Tinh tre bo dem va ty le mat trong truong hop doc co dinh DB1=NaN; LR1=NaN; for trebd=1:trebdmax coun=0;temp=0; for j=w+1:n if x(j)>0 if trebd+dmin-x (j)>0 coun=coun+1; temp=(trebd+dmin-x(j))+temp; end end end
if coun>0 DB1(t rebd)=temp/coun; end LR1(trebd)=100*(n-coun-w)/(n-w); end
%---
%Tinh tre bo dem va ty le mat trong truong hop doc thich nghi mu=1.5;anpha=0.998002;beta=4; w0=NaN; d_estim=NaN; v_estim=NaN; D=NaN; w0(1)= 1; %---
% khoi tao vec to trong so cua cua so w0 for i=2:w w0(i)=0; end %--- d_estim(1)=x(1); v_estim(1)=abs(d_estim(1)-x (1)); vv= 0; for i=2:w if x(i)==0 d_estim(i)=d_estim(i -1); else d_estim(i)=d_estim(i -1)+x(i); end end
%--- for i=1:w d_estim(i)=d_estim(w)/ w; v_estim(i)=abs(d_estim(i)-x(i)); vv= v_estim(i)+ vv; end v_estim(w)= vv/ w; %--- mode= 'NOMAL'; dn_estim=round(d_aver); for i=w+1:n dn=NaN;t=0;
for j=1:w % cap nhat vecto tre mang cua w goi truoc do if (x(i+j-w)==0)
dn(j)=max(d_aver,dn_estim); % se duoc lay bang tre goi trung binh else dn(j)=x(i-w-1+j); end t=t+dn(j); end dn_estim=round(t/(w+10));
d_estim(i)=w0*dn'; % tre mang uoc luong cua goi thu i
for ii=1:w-1
d_estim(i)=d_estim(i)+d_estim(i-ii); % trung binh uoc luong end
d_estim(i)=round(d_estim(i)/ w);
%---Xac dinh tre bo dem & ty le mat su dung thuat toan 3
v_estim(i)=anpha*v_estim(i -1)+ (1-anpha)*abs(d_estim(i -1)-x(i-1)); if x(i)>d_estim(i)
mode='NOMA L'; end
if x(i)==0 packet(i)=0;
else %packet=0 la mat, bang 1 la den dung thoi han packet(i)=1;
end
if (x(i)>d_estim(i)+beta*v_estim(i))|packet(i)==0 %or (packet(i)==0) mode='SPIKE';
end
if (mode=='SP IKE')|(packet(i)==0) % che do tre dinh D(i)=d_estim(i)+ v_estim(i)*beta;
else % che do binh thuong D(i)=d_estim(i)+ v_estim(i)*beta;
end
if (D(i)<x(i))|(x(i)==0)
packet(i)=0; % Packet is Loss else
packet(i)=1; % Packet is Intime end
e=-(d_estim(i)-x(i)); % sai so uoc luong
w0=w0+((mu/(dn*dn'))*dn*e); % cap nhat vec to trong so bo loc end %ket thuc vong for
%--xac dinh tre
LR3= NaN;DB 3=NaN;in_time=0;temp= 0; for i=w+1:n if packet(i)==1 % intime in_time=in_time+1; temp=(D(i)-x (i))+temp; end end
if in_time> 0 db=temp/in_time; end for trebd=1:trebdmax coun=0;sum=0; for j=w+1:n if x(j)>0 if (D(j)+trebd-db-x(j)>0) coun=coun+1; sum=(D(j)+trebd-db-x(j))+sum; end end end
if coun>0 DB3(t rebd)= round(sum/coun); end LR3(trebd)=100*(n-coun-w)/(n-w);
end %---
% Xac dinh chieu dai goi, thoi gian doc ra va ty le co dan goi L0=20;ti=NaN;Li= L0;tp=NaN;ttp=NaN; ti=round(D(w+1)); tp(w+1)=ti;ttp(w+1)=ti; Li_tag= NaN; scale05=0;scale07=0;scale13=0;scale20=0; for i=w+1:n-2
Li=round(D(i+1))-ti+20;
if (Li>=2*L0) Li=2*L0; scale20=scale20+1; elseif (Li>=1.3*L0) Li=1.3*L0;scale13=scale13+1; elseif (Li>=L0) Li=L0;
elseif (Li>=0.7*L0) Li=0.7*L0;scale07=scale07+1; else Li=0.5*L0;scale05=scale05+1; end %ttp(i+1)=ttp(i)+Li; ti=ti+Li-L0; Li_tag(i)=Li; tp(i+1)=Li-L0+tp(i); end expa20=100*scale20/(n-2-w); expa13=100*scale13/(n-2-w); comp07= 100*scale07/(n-2-w); comp05= 100*scale05/(n-2-w); keep =100-(expa20+expa13+comp07+comp05); %--- st=w+1; en=n-w; %--- plot(x)
plot((st:en),x(st:en),'*',(st:en), d_estim(st:en),(st:en), D(st:en), '--*','Mark erSize', 2,'LineWidth',1) plot(DB1),LR1,'--', DB3,LR3)