Đề tài Kỹ thuật nén trong VoIP

.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 bi