Đề tài: Tìm hiểu về công nghệ VoIP docx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (452.38 KB, 29 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÁO CÁO
Kỹ thuật truyền dữ liệu
Đề tài: Tìm hiểu về công nghệ VoIP
Giảng viên: Võ Thanh Tú
Danh sách nhóm:
1. Hồ Đăng Thắng.( Nhóm trưởng)
Sđt: 01689927953
Email:
2. Hồ Nhật Anh.
3. Nguyễn Thành Nguyên
4. Nguyễn Thị Quỳnh Trang
5. Trần Thị Yên
Huế, 10/2011
Mục lục:
!
"#$%&'!
()*+#$%&'!,
/$/+0123!,
-!%456!-!%456,
-!%456!4!5,
(!5!!57
, 8496!%:!7
;!:#<=>0?@A8.B<'!;7
!!:#<@+8!C7
.6DE*%FGH'%4IJ
.6D@K2L'G'MN'M!IO
(PL'GQ!3IO
RSLG!5-!%46511!IT
>0?@A#+E@K!:6U!T
6VGW5'*IT
HXB+U#<6VGYZ56IT
(ELT
([04.#$D6!!
(\<4.!:
(\<!:
((-M+ .8496!B<4.!(
(
'!;# /$8B.!&'!G!46!!!1I,
\<'!;[((,
\<'!;H7
, ?4.4>'!E@K!:6!!J
,\]^_
,6V_
,(\+#<6VO
,ELO
,,`<Ma*T
,7\?!%aT
,J ?4.4XB<4.
,_?4.4XAB<(
bB?!%a8@/c4,
bB?!%a6!!,
[@/c48B4.4?d*+O
LỜI NÓI ĐẦU
Ra đời từ cách đây rất lâu nhưng điện thoại vẫn là phương tiện liên lạc hữu hiệu trong
mọi lĩnh vực – từ quân sự, an ninh quốc phòng cho đến sinh hoạt đời sống sinh hoạt hằng
ngày của chúng ta.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, ra đời nhiều loại hình dịch vụ phục
vụ cho việc liên lạc của con người. Trong đó VoIP là công nghệ mang tính cách mạng làm
thay đổi thế giới điện thoại với chất lượng dịch vụ khá cao.
Để hiểu rõ được bản chất và ứng dụng của VoIP, chúng ta cùng tìm hiểu cụ thể qua
từng phần của công nghệ này.
(
I. TỔNG QUAN VỀ VOIP
1.Giới thiệu chung về VoIP
VoIP - Voice over Internet Protocol là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng
giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng internet. Voip là một trong những
công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với nhà khai thác,
các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ.
VoIP cho phép tạo cuộc gọi dùng kết nối băng thông rộng thay vì dùng đường dây
điện thoại tương tự (analog). Nhiều dịch vụ VoIP có thể chỉ cho phép bạn gọi người khác
dùng cùng loại dịch vụ, tuy nhiên cũng có những dịch vụ cho phép gọi những người khác
dùng số điện thoại như số nội bộ, đường dài, di động, quốc tế. Trong khi cũng có những dịch
vụ chỉ làm việc qua máy tính, cũng có vài dịch vụ dùng điện thoại truyền thống qua một bộ
điều hợp (adaptor).
Nguyên tắc hoạt động của VoIP bao gồm việc số hoá tín hiệu tiếng nói, thực hiện việc
nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói
tin này được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng
nói ban đầu.
2.Ưu điểm của VoIP
Công nghệ VoIP hiện chưa được sử dụng rộng rãi nhưng nó có rất nhiều ưu điểm. -
Một ưu điểm đầu tiên là gọi miễn phí nếu sử dụng cùng dịch vụ, cùng thiết bị VoIP hoặc
cùng tổng đài IP ( hay còn gọi là gọi nội mạng). Hoặc nếu không thì giá thành cũng rẻ đáng
kể so với sử dụng cách gọi truyền thống PSTN.
Giải pháp VoIP cũng làm giảm đáng kể chi phí cho việc quản lý bảo trì hệ thống
mạng thoại và dữ liệu.
Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: trong điện thoại IP, tín hiệu
thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có cùng đi trên một mạng IP. Điều này sẽ giúp tiết
kiệm chi phí khi đầu tư nhiều mạng riêng lẽ.
Khả năng mở rộng: Các tổng đài điện thoại thường là những hệ thống kín, rất khó để
thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong mạng internet thường có khả năng thêm
vào những tính năng mới.
Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói tin trong mạng IP
được truyền đến đích mà không một sự thiết lập kênh truyền như gọi điện thoại thông
thường. Gói tin chỉ cần có địa chỉ của nơi nhận cuối cùng thì thông tin đã có thể đến được
đích.
Khả năng multimedia: Trong một cuộc gọi người sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa
sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẽ dữ liệu hay xem hình ảnh của người nói
chuyện bên kia.
Một lợi ích nữa là, việc sử dụng đồng thời cả điện thoại bàn thông thường và điện
thoại IP (có dây hoặc không dây) qua hệ thống mạng LAN (Local Area Network) sẽ đảm bảo
thông tin liên lạc của doanh nghiệp không bị gián đoạn khi xảy ra sự cố. Ngoài ra, bạn có thể
sử dụng Fax qua mạng IP hoặc một số dịch vụ VoIP hỗ trợ như trả lời tự động, hiển thị số
gọi đến, hiển thị cuộc gọi nhỡ, chuyển cuộc gọi, lập danh sách các số điện thoại không hề
thua kém các dịch vụ của PSTN
3.Khuyết điểm của VoIP
Bên cạnh những ưu điểm nổi trội, VoIP còn có một số yếu điểm cơ bản sau:
- Kỹ thuật phức tạp: để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một
kỹ thuật nén tín hiệu phải đạt được các yêu cầu như: tỉ số nén lớn, có khả năng suy đoán và
tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc, tốc độ xử lý của các bộ codec (Coder and Decoder)
phải đủ nhanh…
- Vấn đề bảo mật (Security): Mạng internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp.
Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau và các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung
một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm bảo rằng những thông tin của người sử dụng
được bảo mật an toàn.
4.Các kiểu kết nối sử dụng VoIP
4.1. Computer to Computer:
Với 1 kênh truyền Internet có sẵn, Là 1 dịch vụ miễn phí được sử dụng rộng rãi
khắp nơi trên thế giới. Chỉ cần người gọi (caller) và người nhận ( receiver) sử dụng chung 1
VoIP service (Skype,MSN,Yahoo Messenger,…), 2 headphone + microphone, sound card .
Cuộc hội thoại là không giới hạn.
Mô hình này áp dụng cho các công ty, tổ chức, cá nhân đáp ứng nhu cầu liên lạc
mà không cần tổng đài nội bộ
Nhược điểm: các PC phải mở liên tục
4.2 Computer to phone:
Là 1 dịch vụ có phí. Bạn phải trả tiền để có 1 account + software
(VDC,Evoiz,Netnam,…). Với dịch vụ này 1 máy PC có kết nối tới 1 máy điện thoại thông
thường ở bất cứ đâu ( tuỳ thuộc phạm vi cho phép trong danh sách các quốc gia mà nhà cung
cấp cho phép). Người gọi sẽ bị tính phí trên lưu lượng cuộc gọi và khấu trừ vào tài khoản
hiện có.
Ưu điểm : đối với các cuộc hội thoại quốc tế, người sử dụng sẽ tốn ít phí hơn 1
cuộc hội thoại thông qua 2 máy điện thoại thông thường. Chi phí rẻ, dễ lắp đặt
Nhược điểm: chất lượng cuộc gọi phụ thuộc vào kết nối internet + service nhà
cung cấp
,
4.3 Phone to Phone:
Là 1 dịch vụ có phí. Bạn không cần 1 kết nối Internet mà chỉ cần 1 VoIP adapter
kết nối với máy điện thoại. Lúc này máy điện thoại trở thành 1 IP phone.
5. Các thành phần trong mạng VoIP:
Các thành phần cốt lõi của 1 mạng VoIP bao gồm: Gateway, VoIP Server, IP
network, End User Equipments
Gateway: là thành phần giúp chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số (và ngược
lại).
- VoIP gateway : là các gateway có chức năng làm cầu nối giữa mạng điện thoại
thường ( PSTN ) và mạng VoIP.
- VoIP GSM Gateway: là các gateway có chức năng làm cầu nối cho các mạng IP,
GSM và cả mạng analog.
- VoIP server : là các máy chủ trung tâm có chức năng định tuyến và bảo mật cho các
cuộc gọi VoIP .Trong mạng H.323 chúng được gọi là gatekeeper. Trong mạng SIP các server
được gọi là SIP server.
- Thiết bị đầu cuối (End user equipments ) :Softphone và máy tính cá nhân (PC) : bao
gồm 1 headphone, 1 phần mềm và 1 kết nối Internet. Các phần mềm miễn phí phổ biến như
Skype, Ekiga, GnomeMeeting, Microsoft Netmeeting, SIPSet,
- Điện thoại truyền thông với IP adapter: để sử dụng dịch vụ VoIP thì máy điện thoại
thông dụng phải gắn với 1 IP adapter để có thể kết nối với VoIP server. Adapter là 1 thiết bị
có ít nhất 1 cổng RJ11 (để gắn với điện thoại) , RJ45 (để gắn với đường truyền Internet hay
PSTN) và 1 cổng cắm nguồn.
- IP phone : là các điện thoại dùng riêng cho mạng VoIP. Các IP phone không cần
VoIP Adapter bởi chúng đã được tích hợp sẵn bên trong để có thể kết nối trực tiếpvới các
VoIP server
II. Cách thức hoạt động, nhân tố ảnh hưởng và các bộ giao thức
1. VoIP hoạt động như thế nào?
Khi nói vào ống nghe hay microphone, giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đó là
những tín hiệu analog. Tín hiệu analog được chuyển sang tín hiệu số dùng thuật toán đặc
biệt để chuyển đổi. Những thiết bị khác nhau có cách chuyển đổi khác nhau như VoIP phone
hay softphone, nếu dùng điện thoại analog thông thường thì cần một Telephony Adapter
(TA). Sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng vào gói tin và gởi trên mạng IP.
Trong suốt tiến trình một giao thức như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển
(control) cuộc gọi như là thiết lập, quay số, ngắt kết nối… và RTP thì được dùng cho tính
năng đảm bảo độ tin cậy và duy trì chất lượng dịch vụ trong quá trinh truyền.
Quá trình số hóa tín hiệu analog:
Biểu diễn tín hiệu tương tự(analog) thành dạng số (digital) là công việc khó khăn. Vì
bản thân dạng âm thanh như giọng nói con người ở dạng analog do đó cần một số lượng lớn
7
các giá trị digital để biểu diễn biên độ (amplitude), tần số(frequency) và pha (phase), chuyển
đổi những giá trị đó thành dạng số nhị phân(zero và one) là rất khó khăn. Cần thiết cần có cơ
chế dùng để thực hiện sự chuyển đổi này và kết quả của sự phát triển này là sự ra đời của
những thiết bị được gọi là codec (coder-decoder) hay là thiết bị mã hóa và giải mã.
Tín hiệu đện thoại analog (giọng nói con người) được đặt vào đầu vào của thiết bị
codec và được chuyển đổi thành chuỗi số nhị phân ở đầu ra. Sau đó quá trình này thực hiện
trở lại bằng cách chuyển chuỗi số thành dạng analog ở đầu cuối, với cùng qui trình codec.
Có 4 bước liên quan đến quá trình số hóa(digitizing) một tín hiệu tương tự(analog):
Lấy mẫu (Sampling)
Lượng tử hóa (Quantization)
Mã hóa (Encoding)
Nén giọng nói (Voice Compression)
Các kỹ thuật sử dụng trong quá trình số hóa:
- Multiplexing: Ghép kênh là qui trình chuyển một số tín hiệu đồng thời qua một
phương tiện truyền dẫn.
- PAM(pulse-amplitude modulation)- điều chế biên độ xung
- TDM(Time Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo thời gian:Phân phối
khoảng thời gian xác định vào mỗi kênh, mỗi kênh chiếm đường truyền cao tốc trong suốt
một khoảng thời gian theo định kì.
- FDM(Frequency Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo tần số: Mỗi
kênh được phân phối theo một băng tần xác định, thông thường có bề rộng 4Khz cho dịch vụ
thoại.
- PCM(Pulse code modulation)- Điều chế theo mã: là phương pháp thông dụng nhất
chuyển đổi các tín hiệu analog sang dạng digital ( và ngược lại) để có thể vận chuyển qua
một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số. Sự biến đổi này bao gổm 3 tiến trình
chính: lấy mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. Tiến trình này hoạt động như sau:
Giai đoạn đầu tiên cuả PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị số
hoá), nó tạo ra một tuần tự các mẫu analog dưới dạng chuỗi PAM. Các mẫu PAM có dãi biên
độ nối tiếp nhau, sau đó phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các khoảng. Tất cả
các mẫu với các biên độ nào đó nếu mẫu nào rơi vào một khoảng đặc biệt nào thì được gán
cùng mức giá trị cuả khoảng đó. Công việc này được gọi là “lượng tử hoá”. Cuối cùng trong
bộ mã hoá, độ lớn của các mẫu được lương tử hoá được biểu diễn bởi các mã nhị phân
1.1.Quá trình lấy mẫu (Sampling)
J
Tín hiệu âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lượng đạt đến 10Khz. Tuy nhiên, hầu
hết năng lượng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này. Do đó để tiết kiệm băng thông
trong các hệ thống truyền được ghép kênh theo FDM và cả TDM. Các kênh điện thoại
thường giới hạn băng tần trong khoảng từ 300 đến 3400Hz. Tuy nhiên trong thực tế sẽ có
một ít năng lương nhiễu được chuyển qua dưới dạng các tần số cao hơn tần số hiệu dụng
3400Hz.
Do đó phổ tẩn số có thể được mở rộng đến 4Khz, theo lý thuyết Nyquist: khi một tín
hiệu thì được lấy mẫu đồng thời ở mỗi khoảng định kì và có tốc độ ít nhất bằng hai lần phổ
tần số cao nhất, sau đó nhũng mẫu này sẽ mang đủ thông tin để cho phép việc tái tạo lại
chính xác tín hiệu ở thiết bị nhận. Với phổ tần số cao nhất cho thoại là 4000Hz hay 8000
mẫu được lấy trong một giây, khoảng cách giữa mỗi mẫu là 125 micro giây.
_
1.2.Quá trình lượng tử hóa (Quantization)
Tiến trình kế tiếp của số hóa tín hiệu tuần tự là biểu diễn giá trị chính xác cho mỗi mẫu
được lấy. Mỗi mẫu có thể được gán cho một giá trị số, tương ứng với biên độ (theo chiều
cao) của mẫu.
Sau khi thực hiện giới hạn đầu tiên đối với biên độ tương ứng với dải mẫu, đến lượt mỗi
mẫu sẽ được so sánh với một tập hợp các mức lượng tử và gán vào một mức xấp xỉ với nó.
Qui định rằng tất cả các mẫu trong cùng khoảng giữa hai mức lượng tử được xem có cùng
giá trị. Sau đó giá trị gán được dùng trong hệ thống truyền. Sự phục hồi hình dạng tín hiệu
ban đầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại.
1.3.Mã hóa (Encoding)
Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mức hay giá
trị. Qui ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương cho mẫu. Bảy bít còn lại
O
biểu diễn cho độ lớn; bit đầu tiên chỉ nữa trên hay nữa dưới của dãy, bit thứ hai chỉ phần tư
trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên hay dưới và cứ thế tiếp tục.
Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8000 lần mỗi giây cho dịch vụ kênh điện thoại. Dùng
bước thứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông. Với tùy chọn này thí một kênh có
thể mang nhiều cuộc gọi dồng thời.
1.4 Nén giọng nói(Voice Compression)
Mặc dù kỉ thuật mã hóa PCM 64 Kps hiện hành là phương pháp được chuẩn hóa,
nhưng có vài phương pháp mã hóa khác được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt. Các
phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của PCM, nhờ đó tận
dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số. Chắc hẳn, các mã hóa tốc độ thấp này sẽ bị
hạn chế về chất lượng, đặt biệt là nhiễu và méo tần số.
2.Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng thoại trên VoIP
Chất lượng của âm thanh được khôi phục qua mạng điện thoại là mục tiêu cơ bản của
dịch vụ, mặc dù các chỉ tiêu chuẩn đã được ITU phát triển. Có 3 nhân tố có thể ảnh hưởng
sâu sắc tới chất lượng của dịch vụ thoại:
2.1. Trễ (Delay):
Hai vấn đề gây ra bởi sự trễ đầu cuối trong một mạng thoại là tiếng vang và chồng
tiếng. Tiếng vang trở thành vấn đề khi trễ vượt quá 50 ms. Đây là một vấn đề chất lượng
đáng kể, nên các hệ thống VoIP phải kiểm soát và cung cấp các phương tiện loại bỏ tiếng
vang. Hiện tượng chồng tiếng (giọng người này gối lên giọng người kia) trở nên đáng kể nếu
trễ một chiều (one-way delay) lớn hơn 250 ms.
2.2. Sự biến thiên độ trễ (Jitter ):
Jitter là sự biến thiên thời gian trễ gây nên bởi sự trễ đường truyền khác nhau
trên mạng. Loại bỏ jitter đòi hòi thu thập các gói và giữ chúng đủ lâu để cho phép các gói
chậm nhất đến để được phát lại (play) đúng thứ tự, làm cho sự trễ tăng lên.
2.3. Mất gói:
Mạng IP không thể cung cấp một sự bảo đảm rằng các gói tin sẽ được chuyển tới
đích hết. Các gói sẽ bị loại bỏ khi quá tải và trong thời gian tắc nghẽn. Truyền thoại rất nhạy
cảm với việc mất gói, tuy nhiên, việc truyền lại gói của TCP thường không phù hợp. Các
cách tiếp cận được sử dụng để bù lại các gói mất là thêm vào cuộc nói chuyện bằng cách
phát (play) lại gói cuối cùng, và gửi đi thông tin dư. Tuy thế, sự tổn thất gói trên 10% nói
chung là không chấp nhận được.
Sự duy trì chất lượng thoại chấp nhận được bất chấp sự thay đổi trong hoạt động
của mạng (như tắc nghẽn hay mất kết nối) đạt được nhờ những kỹ thuật như nén tiếng, triệt
im lặng . Một số sự phát triển trong những năm 90, nhất là trong xử lý tín hiệu số, các
T
chuyển mạch mạng chất lượng cao đã được phối hợp để hỗ trợ và khuyến khích công nghệ
thoại trên mạng dữ liệu.
Quá trình tiền xử lý bằng phần mềm của cuộc điện đàm cũng có thể được sử
dụng để tối ưu hoá chất lượng âm thanh. Một kỹ thuật, được goi là triệt im lặng, sẽ xác định
mỗi khi có một khoảng trống trong lời thoại và loại bỏ sự truyền các khoảng nghỉ, hơi thở,
và các khoảng im lặng khác. Điều đó có thể lên tới 50-60% thời gian của một cuộc gọi, giúp
tiết kiệm băng tần đáng kể. Bởi lẽ sự thiếu các gói được hiểu là sự im lặng hoàn toàn ở đầu
ra, một chức năng khác được yêu cầu ở đầu nhận để bổ sung các tiếng động ở đầu ra
3. Hệ thống thu phát điển hình trong VoIP
3.1. Bộ phát thoại:
3.2. Bộ thu thoại:
Tín hiệu thoại từ phía phát đến phía thu trong hệ thống thoại IP trải qua các bước
như sau:
Trước hết, ở bên phát tín hiệu thoại tương tự đc số hoá bằng cách lấy mẫu theo
chu kỳ, sau đó được mã hoá. Tín hiệu số sau đó được xử lý ở bộ triệt tiếng vọng. Sau đó tín
hiệu thoại số đi qua bộ phát hiện khoảng lặng VAD và sau đó là qua bộ chèn khoảng lặng.
Trong suốt chu kỳ khoảng lặng này, các gói sẽ ko đc truyền đi hoặc sẽ truyền đi các gói có
kích thước nhỏ hơn mang các thông tin tạo nhiễu nền, điều này sẽ làm giảm tốc độ bit và ko
làm mất đi cảm giác bị gián đoạn cho bên thu (so với việc không truyền đi gói thoại nào
trong chu kỳ khoảng lặng sẽ tạo cảm giác bị gián đoạn cuộc gọi ở bên thu). Cuối cùng là
công việc đóng gói thoại để truyền qua mạng. Gói giao thức truyền thời gian thực RTP được
tạo ra bằng cách chèn 12byte header vào gói thoại. Sau đó gói RTP đc đóng gói thành gói
UDP ở lớp giao vận và đóng thành gói IP ở lớp mạng.
Việc truyền gói trong mạng IP đơn nhiên phải tính đến việc bị mất gói hoặc trễ
gói trên mạng, vì vậy ở đầu thu bộ đệm được sử dụng để giảm độ trễ (jitter) và lưu các gói
cho đến thời điểm chúng đc đọc ra theo bộ lập trình đọc ra.Để cải thiện chất lượng thoại, ở
bộ thu có thể sử dụng kỹ thuật che dấu mất gói để người nghe có cảm giác tín hiệu được
truyền liên tục, ko bị vấp (sẽ đề cập về vấn đề này sau). Cuối cùng, các gói thoại được mở và
giải nén để chuyển đổi thành tín hiệu tương tự như ở đầu phát.
3.3. Chi tiết về các thành phần trong bộ thu phát VoIP:
3.3.1. Mã hóa thoại:
Có thể chia mã hoá thoại làm 3 loại là: mã hoá dạng sóng (waveform), mã hoá
nguồn và mã hoá lai ghép là kết hợp của 2 loại trên.
Nguyên lý của mã hoá dạng sóng rất đơn giản mà đại diện nổi tiếng của phương pháp này là
PCM và ADPCM và tất cả chúng ta đã biết nên ko cần nói lại. Ưu điểm của phương pháp
này là không phức tạp, giá rẻ, độ trễ thấp Tuy nhiên tại các tốc độ bit thấp (< 64kbps) nó
lại ko đảm bảo đc chất lượng. Bộ mã hoá nguồn sẽ khắc phục điểm yếu này.
Nguyên lý của bộ mã hoá nguồn là mã hoá kiểu phát âm (tức là cách thức mà
bạn phát âm ra: âm vô thanh (unvoice) hay hữu thanh (voice). Ví dụ về bộ mã hoá này là mã
hoá dự báo tuyến tính LPC. Các bộ mã hoá kiểu này có thể mã hoá tín hiệu thoại ở tốc độ rất
thấp như 2kbps. Nguyên lý cụ thể như sau: giả thiết tín hiệu tiếng nói bao gồm âm vô thanh
và hữu thanh. Đối với âm hữu thanh, nguồn kích thích bộ máy phát âm sẽ là một dãy các
xung, còn đối với âm vô thanh thì nó sẽ là nguồn nhiễu ngẫu nhiên. Các tham số này sẽ được
đóng gói và gửi đến bên thu để phân tích và tái tạo lại dạng của nguồn âm .
Mã hoá lai ghép là sự kết hợp của mã hoá dạng sóng và mã hoá nguồn. Tiêu biểu
là CELP- dự đoán tuyến tính kích thích mã. Hoặc ACELP- dự đoán tuyến tính kích thích mã
đại số.
Một số chuẩn mã hoá thoại thông dụng của ITU-T:
- G.711: kỹ thuật PCM thông thường trong mạng PSTN. Tốc độ 64kbps.
- G.728: mô tả kỹ thuật nén thoại CELP tại tốc độ 16kbps.
- G.723.1: nén thoại hay âm thanh ở tốc độ rất thấp là 5.3 hoặc 6.3 kbps.
Phương pháp để đánh giá chất lượng thoại phụ thuộc từng phương pháp mã hoá
là điểm đánh giá trung bình MOS. 1 thang điểm 5 được dùng để đánh giá chất lượng. Cao
nhất là phương pháp PCM với MOS 4.1, trễ chỉ có 0.125ms. và thấp nhất là ACELP với tốc
độ 5.3kbps trễ cao nhất là 30ms và MOS là 3.65.
3.3.2. Phát hiện khoảng lặng (VAD):
Như chúng ta đã biết trong thoại PSTN thông thường, 2 kênh đi và về luôn bị
chiếm trong cuộc đàm thoại giữa 2 người, ngay cả khi 1 trong 2 người không nói câu nào.
Điều này làm lãng phí băng thông một cách khủng khiếp (có thể tới hơn 50%) vì khi 1 người
nói thì người kia sẽ ngừng nói để nghe. Những khoảng ngừng nói đấy gọi là khoảng lặng.
Trong VoIP, VAD được sử dụng tại bộ phát để tách lời thoại và khoảng lặng. Chỉ có lời
thoại được mã hoá và truyền đi để tiết kiệm băng thông.
Cơ chế của bộ VAD là so sánh năng lượng tín hiệu với 1 ngưỡng nhiễu trong
mỗi khung thoại. Thoại được phát hiện nếu năng lượng tín hiệu lớn hơn ngưỡng nhiễu. Khi
VAD phát hiện năng lượng tín hiệu giảm dưới ngưỡng nhiễu nó sẽ quy đó là khoảng lặng và
cắt bỏ các xung thoại dưới khoảng đó và dừng việc chèn khung thoại vào gói. 1 vấn đề nữa
(
là tại các đoạn chuyển giao giữa thoại và khoảng lặng (mở đầu hay kết thúc khoảng lăng) có
thể có 1 đoạn nhỏ tín hiệu có thể bị xén mất và do đó chất lượng thoại cũng bị ảnh hưởng.
Thêm 1 vấn đề là việc phân biệt tín hiệu thoại và tạp âm nền trong điều kiện người nói
trong môi trường có nhiều tạp âm và VAD rất khó để phân biệt được tín hiệu thoại với
nhiễu nền đó.
3.3.3. Triệt khoảng lặng hay truyền gián đoạn:
Như trên đã phân tích, khi bộ VAD phát hiện ra khoảng lặng, sẽ không có gói
thoại nào được truyền đi trong khoảng thời gian đó. Điều này làm tiết kiệm băng thông 1
cách đáng kể, tuy nhiên lại nảy sinh vấn đề với người nghe là sẽ có cảm giác cuộc gọi bị đứt
đoạn và còn gặp khó khăn về vấn đề đồng bộ ở bên thu. Do đó thay vào ko truyền gói, ta có
thể truyền các gói tin với kích thước nhỏ hơn trong các khoảng thời gian gián đoạn, các gói
tin này sẽ mang các tham số của nhiễu nền để bên thu từ đó đọc ra làm cho người nghe có
cảm giác thực đang đàm thoại. Bộ thu tạo đc nhiễu nền này dựa trên các tham số chứa trong
các gói mô tả chèn khoảng lặng SID nhận được từ bên phát.
3.3.4. Triệt tiếng vọng:
Tiếng vọng (echo) trên một cuộc đàm thoại có thể gây cảm giác khó chịu cho
người nghe nguyên nhân là do trễ, nó là sự phản xạ của tín hiệu qua mạng và với trễ đủ lớn
để người nghe có thể cảm nhận được. Trễ lên tới 32ms là có thể gây cảm giác khó chịu cho
người nghe. Do đó trong mạng IP khi không thể giảm trễ được nữa người ta dùng bộ triệt
tiếng vọng.
3.3.5. Chương trình đọc ra:
Do nhiều lý do dẫn đến các gói thoại ko đến đích theo các khoảng thời gian nhất
định và thứ tự các gói cũng không còn chính xác. Sự biến động của khoảng thời gian giữa
các gói đến đích được gọi là biến động trễ (jitter).
Vấn đề này được giải quyết bằng cách sử dụng bộ đệm ở đầu thu. Như vậy các
gói đến chưa được đọc ra ngay mà được lưu trong bộ đệm trong 1 khoảng thời gian và sau đó
được đọc ra cùng các gói đến sau. Các gói đến sau thời hạn yêu cầu coi như bị mất. Như vậy
nếu thời gian đọc ra lớn thì sẽ có nhiều gói đến sau đc đọc ra nhưng lại nảy sinh vấn đề trễ
đầu cuối- đầu cuối nên cần có sự xem xét cân bằng giữa các tiêu chí. Các phương pháp cho
cho chương trình đọc ra là đọc ra theo hạn định và đọc ra thích nghi.
3.3.6. Che dấu mất gói:
Mất gói xảy ra trong thoại IP khi các gói đến đích sau thời hạn đọc ra hoặc
không đến đc đích. Thuật toán che dấu mất gói được sử dụng ở bộ thu để che dấu các gói bị
mất. Đơn giản nhất là sử dụng nhiễu nền để thay thế các gói đã mất. Kỹ thuật cao hơn là sử
dụng các gói trước và sau gói bị mất còn tốt để nội suy tái tạo lại gói đã mất.
4. Các giao thức điều khiển và báo hiệu của VoIP ( VoIP protocols)
VoIP cần 2 loại giao thức : Signaling protocol và Media Protocol.
Signaling Protocol điều khiển việc cài đặt cuộc gọi. Các loại signaling protocols bao
gồm: H.323, SIP, MGCP, Megaco/H.248 và các loại giao thức dùng riêng như UNISTIM,
SCCP, Skype, CorNet-IP,…
Media Protocols: điều khiển việc truyền tải voice data qua môi trường mạng IP. Các
loại Media Protocols như: RTP ( Real-Time Protocol) ,RTCP (RTP control Protocol) , SRTP
(Secure Real-Time Transport Protocol), và SRTCP (Secure RTCP).
Signaling Protocol nằm ở tầng TCP vì cần độ tin cậy cao, trong khi Media Protocol
nằm trong tầng UDP.
Các nhà cung cấp có thể sử dụng các giao thức riêng hay các giao thức mở rộng dựa
trên nền của 1 trong 2 giao thức tiêu chuẩn quốc tế là H.323 và SIP. Ví dụ Nortel sử dụng
giao thức UNISTIM (Unified Network Stimulus) Cisco sử dụng giao thức SCCP ( Signaling
Connection Control Part) Những giao thức riêng này gây khó khăn trong việc kết nối giữa
các sản phẩm của các hãng khác nhau.
4.1. Bộ giao thức H.323:
H.323 là chuẩn mở đc ITU-T phát triển cho việc điều khiển cuộc gọi ngang hàng. Đây
là cấu trúc chặt chẽ, phức tạp và phù hợp với việc thực thi các đặc tính thoại truyền thống.
H.323 thiết kế cho việc truyền audio, video và data qua mạng IP. Tiêu chuẩn H.323 bao gồm
báo hiệu và điều khiển cuộc gọi, truyền và điều khiển đa phương tiện và điều khiển băng
thông cho hội nghị điểm- điểm và điểm- đa điểm.
Bộ giao thức H.323 bao gồm 1 loạt các giao thức như:
- Báo hiệu cuộc gọi: H.225
- Điều khiển phương tiện: H.245
- Bộ audio codecs: G.711, G.722, G.723.1, G.728, G.729
- Bộ video codecs: H.261, H.263
- Chia sẻ dữ liệu: T.120
- Truyền tải phương tiện: RTP/RTCP
Các thành phần cơ bản trong hệ thống mạng H.323 được quy định như sau: Các đầu
cuối, cổng kết nối, thiết bị điều khiển cổng kết nối (gatekeeper) và khối điều khiển đa điểm
MCU.
3 loại báo hiệu điều khiển thường dùng trong H.323:
- Báo hiệu đăng kí, thừa nhận và trạng thái: RAS.(RAS cung cấp trước khi
cuộc gọi đc thiết lập)
- Báo hiệu điều khiển cuộc gọi: H.225.
- Điều khiển và truyền tải thông tin media: H.245 và RTP/RTCP.
,
4. 2. Bộ giao thức SIP:
SIP là giao thức điều khiển báo hiệu thuộc lớp ứng dụng, khác với H.323, nó dựa trên
nguồn gốc HTTP và có thiết kế kiểu module, đơn giản và dễ dàng mở rộng với các ứng dụng
thoại SIP. SIP là 1 giao thức báo hiệu để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương
tiện như: thoại IP, hội nghị, các ứng dụng khác liên quan đến multimedia.
SIP cung cấp các chức năng sau:
- Định vị người dùng qua địa chỉ tương tự như email.
- Xác định năng lực người dùng: các tham số phiên có thể thương lượng giữa 2 phía.
- Xác định lợi ích người dùng.
SIP: (Session Initiation Protocol) được phát triển bởi IETF ( Internet Engineering
Task Force) MMUSIC ( Multiparty Multimedia Session Control) Working Group (theo RFC
3261). Đây là 1 giao thức kiểu diện ký tự ( text-based protocol_ khi client gửi yêu cầu đến
Server thì Server sẽ gửi thông tin ngược về cho Client), đơn giản hơn giao thức H.323. Nó
giống với HTTP, hay SMTP. Gói tin (messages) bao gồm các header và phần thân ( message
body). SIP là 1 giao thức ứng dụng ( application protocol) và chạy trên các giao thức UDP,
TCP và STCP.
Các thành phần trong SIP network :
Cấu trúc mạng của SIP cũng khác so với giao thức H.232. 1 mạng SIP bao gồm các
End Points, Proxy, Redirect Server, Location Server và Registrar. Người sử dụng phải đăng
ký với Registrar về địa chỉ của họ. Những thông tin này sẽ được lưu trữ vào 1 External
Location Server. Các gói tin SIP sẽ được gửi thông qua các Proxy Server hay các Redirect
Server. Proxy Server dựa vào tiêu đề “to” trên gói tin để liên lạc với server cần liên lạc rồi
gửi các pacckets cho máy người nhận. Các redirect server đồng thời gửi thông tin lại cho
người gửi ban đầu.
7
Phương thức hoạt động của SIP network :
SIP là mô hình mạng sử dụng kiểu kết nối 3 hướng ( 3 way handshake method) trên
nền TCP. Ví dụ trên, ta thấy 1 mô hình SIP gồm 1 Proxy và 2 end points. SDP ( Session
Description Protocol) được sử dụng để mang gói tin về thông tin cá nhân ( ví dụ như tên
người gọi).
Ví dụ: Khi Bob gửi 1 INVITE cho proxy server với 1 thông tin SDP. Proxy Server sẽ
đưa yêu cầu này đến máy của Alice. Nếu Alice đồng ý, tín hiệu “OK” sẽ được gửi thông qua
định dạng SDP đến Bob. Bob phản ứng lại bằng 1 “ACK” _ tin báo nhận. Sau khi “ACK”
được nhận, cuộc gọi sẽ bắt đầu với giao thức RTP/RTCP. Khi cuộc điện đàm kết thúc, Bob
sẽ gửi tín hiệu “Bye” và Alice sẽ phản hồi bằng tín hiệu “OK”. Khác với H.232, SIP không
có cơ chế bảo mật riêng. SIP sử dụng cơ chế thẩm định quyền của HTTP ( HTTP digest
authentication), TLS, IPSec và S/MIME ( Secure/Multipurpose Internet Mail Extension) cho
việc bảo mật dữ liệu.
5. Các giải pháp nâng cao chất lượng thoại trong VoIP
Trước hết xin nói về các tham số QoS trong VoIP với các giá trị tham khảo như sau:
J
+ Băng thông (nhỏ nhất): 64kbps, 1.5 Mbps
+ Trễ (lớn nhất): 50ms, 150ms.
+ Biến động trễ: 10% trễ lớn nhất.
+ Mất gói: 1 gói trên 1000 gói chưa chuyển giao.
+ Độ khả dụng: 99.99%.
+ Bảo mật: mã hoá & nhận thực trên các luồng lưu lượng
5.1.Băng thông
Băn g thông là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần để hoạt động. Ví dụ: thoại PCM 64kbps
cần băng thông là 64 kbps. Băng thông cần thiết được xác định bởi băng thông nhỏ nhất có
trên mạng. Nếu truy nhập mạng qua 1 modem hỗ trợ băng thông nhỏ hơn 64kbps thì ngay cả
trên mạng đường trục tốc độ 45 Mbps thì ứng dụng thoại 64kbps vẫn không hoạt động được.
Tuy nhiên thoại 64 kbps cũng không hoạt động tốt hơn là mấy nếu được cung cấp băng
thông 128 kbps. Ta chỉ cần biết 1 điều là băng thông nhỏ nhất phải được sẵn sàng tại tất cả
các điểm giữa các người sử dụng.
Bình thường, một kênh thoại tương tự được biến đổi thành kênh PCM cơ sở có tốc độ 64
kbps. Kỹ thuật PCM theo chuẩn G.711 sử dụng trong mạng thoại PSTN truyền thống đảm
bảo âm thanh khá trung thực nhưng chiếm băng thông lớn, điều này không phù hợp trong
mạng IP. Vậy vấn đề đặt ra là phải giảm băng thông xuống mức cho phép mà vẫn đảm
bảo chất lượng thoại, bài toán này được giải quyết bằng các kỹ thuật mã hoá và nén tín hiệu
thoại tốc độ thấp đã được chỉ ra trong các chuẩn như G.723.1 hay G.729 sẽ được trình bày
sau. Xin nói thêm về kỹ thuật nén mã hoá nguồn được phát triển cách đây 15 năm dựa vào sự
nhận biết các đặc tính nguồn của tín hiệu phát ra, kỹ thuật này sử dụng thủ tục xử lý tín hiệu
và nén thoại bằng việc chỉ gửi đi thông tin ở dạng các tham số mã hoá về việc kích thích tín
hiệu nguồn dạng của giọng nói do vậy đòi hỏi băng thông ít hơn là việc gửi đi toàn bộ thông
tin về đoạn thoại như các loại kỹ thuật nén thông thường trước đấy.
5.2. Trễ
Có thể chia trễ đầu cuối- đầu cuối trong mạng VoIP thành 3 loại trễ: trễ xử lý, trễ mạng và
trễ bộ đệm. Trễ xử lý bao gồm trễ mã hoá & trễ đóng gói. Trễ mã hoá là thời gian xử lý cần
_
thiết để mã hoá và giải mã tín hiệu. Trễ đóng gói bao gồm khoảng thời gian của đoạn tín hiệu
thoại đóng gói, thông thường từ 10 đến 40 ms, trễ này liên quan đến kích cỡ khung được
đóng gói. Trễ xử lý phụ thuộc vào thuật toán nén và tốc độ bộ xử lý. Trễ mạng hay là trễ
truyền dẫn phụ thuộc vào khoảng cách. dung lượng và trạng thái của liên kết trong mạng. Trễ
mạng thường thay đổi và khó biết trước, phụ thuộc vào nhiều phần tử trên mạng và chỉ có
thể khắc phục được bằng 1 biện pháp vĩ mô (thay đổi toàn bộ mạng ). Điều này dường như là
không thể cho nên chỉ tập trung khắc phục trễ xử lý và trễ bộ đệm. Trễ bộ đệm là trễ sinh ra
tại bộ đệm ở phía thu, khi các gói tranh chấp nhau để giành quyền được đọc ra trước. Điều
này được khắc phục bằng việc nâng cấp năng lực bộ đệm.
5.3 .Biến động trễ
Thông số biến động trễ hay jitter là giới hạn lượng thay đổi của trễ mà 1 ứng dụng có thể gặp
phải trên mạng. Ví dụ một ứng dụng có trễ mạng 100ms, biến động trễ có thể đặt là cộng trừ
10% giá trị này, khi đó nếu mạng có trễ trong khoảng 90 đến 110ms thì vẫn đạt yêu cầu. Các
ứng dụng nhạy cảm với biến động trễ là các ứng dụng thời gian thực như thoại hay video.
Minh hoạ cho biến động trễ
Khoảng thời gian từ khi gửi gói A và B đến khi chúng đến đích là bằng nhau: T1 = T2 nhưng
khoảng thời gian từ khi gửi gói C tới khi nhận đc T3 lại khác T2. Đó gọi là biến động trễ. Để
giải quyết vấn đề này, bộ thu sử dụng bộ đệm để hấp thụ biến động trễ, tức là các gói ko đc
đọc ra ngay khi chúng đến nơi mà sẽ được lưu trong bộ đệm đến 1 khoảng thời gian nhất
định mới được đọc ra đồng loạt theo 1 chương trình đọc đã định.
5.4. Mất gói
Nguyên nhân mất gói??? Có rất nhiều nguyên nhân: mất kết nối, hỏng bộ định tuyến , các
gói đến quá life time Do bản chất mạng IP mà việc mất gói là không thể tránh khỏi và có
thể xảy ra tại bất cứ thời điểm nào. Tác động của mất gói trong VoIP là nghiêm trọng hơn so
với các loại ứng dụng khác. Ví dụ như quá trình điều khiển lỗi trên mạng là một quá trình
gồm 2 bước mà bước đầu tiên là xác định lỗi, bước thứ 2 là khắc phục lỗi, có thể đơn giản là
việc truyền lại gói đã mất. Tuy nhiên không thể áp dụng tuỳ tiện cho các ứng dụng thời gian
thực như VoIP vì ta phải xét tới thời gian trễ. Vì vậy cần phải có sự cân nhắc thoả đáng
O
giữa 2 tham số trễ và mất gói trong VoIP. Có thể giảm độ mất gói bằng cách tăng thời
gian trễ của bộ đệm, tuy nhiên không đc quá dài nếu không sẽ ảnh hưởng đến độ cảm nhận
âm thoại của người nghe.
Mất gói làm gián đoạn các đoạn thoại, gây nên các âm nhiễu, mất tiếng vì mất gói là điều
không thể tránh khỏi nhưng nếu tỷ lệ mất gói này không vượt quá 5% thì vẫn có thể coi là
chấp nhận được. Các biện pháp kỹ thuật chuyên sâu để giảm ảnh hưởng của mất gói đến chất
lượng thoại là kỹ thuật che dấu mất gói hay cao cấp hơn nữa là kỹ thuật khôi phục gói đã
mất sẽ được trình bày rõ ở phần sau .
5.5 .Độ tin cậy
Đó là tính đáp ứng của mạng, ví dụ như là 1 năm mạng ngừng hoạt động tổng cộng tầm gần
4 ngày thì nhân chia ra là 99% Cái này thì nhà quản lý phải có kế hoạch bảo trì bảo dưỡng
mạng
5.6 .Bảo mật
Vấn đề này liên quan đến tính riêng tư và xác nhận khách chủ. Khi mà VoIP trở nên phổ
thông hơn, tức là nó được chấp nhận trong cả những cuộc gọi mang tính chất quan trọng giữa
các đối tác. Vì thế nó có nguy cơ bị nghe trộm rất cao (ở đây phải nói là nguy cơ gói tin thoại
bị đánh cắp trên mạng), và mạng IP thì tất nhiên là nguy cơ sẽ cao hơn rất nhiều so với mạng
PSTN truyền thống. Vì thế vấn đề bảo mật trong VoIP sẽ là yếu tố cực kỳ quan trọng trong
tương lai. Có thể thực hiện điều này bằng rất nhiều cách như áp dụng với các gói IP thông
thường: nhận thực, mã hoá
Dưới đây là các kỹ thuật sử dụng ở bộ thu, phát:
Như ta đã biết trễ đầu cuối đầu cuối bao gồm 3 loại trễ như trên đã phân tích. Trước hết nói
về trễ mạng, để khống chế được nó thì giải pháp hiệu quả nhất là nâng cao chất lượng mạng
và có cấu trúc mạng hợp lý. Điều này rất tốn kém và phải thực hiện từng bước, điều này
dành cho các nhà quản lý. Có 1 phương pháp khác hạn chế trễ mạng là kỹ thuật phát đa
đường, cùng 1 gói tin sẽ phát đi theo nhiều đường, khi tới bên nhận, máy thu sẽ so sánh các
gói tin đến và sẽ chọn gói có trễ nhỏ nhất. Kỹ thuật này sẽ hiệu quả khi thông tin trao đổi
quan trọng nên người ta có thể chấp nhận tăng tải của mạng để đảm bảo chất lượng thông
tin Tuy nhiên kỹ thuật này sẽ hiệu quả hơn khi kết hợp với 1 số kỹ thuật khác như phát hiện
T
tắc nghẽn (chỉ phát đa đường khi phát hiện mất gói hàng loạt do tắc nghẽn cục bộ) và kỹ
thuật bảo mật cho gói tin.
Hai thành phần còn lại của trễ đầu cuối- đầu cuối là trễ xử lý và trễ bộ đệm được giải quyết ở
bộ phát và thu. Trễ xử lý bao gồm trễ mã hoá và trễ đóng gói, nó phụ thuộc vào thuật toán
nén và tốc độ bộ xử lý. Việc tôí ưu hoá thuật toán mã hoá sẽ làm giảm trễ xử lý. Trễ bộ đệm
cũng được giảm nhiều khi sử dụng cơ chế quản lý bộ đệm thông minh (đọc ra thích nghi theo
thời gian).
Tái tạo hay che dấu mất gói là kỹ thuật nhằm làm cho người nghe cảm nhận thấy sự liên tục
trong cuộc hội thoại cho dù có sự mất mát thông tin. Nó là kỹ thuật làm cho các đoạn thoại bị
mất sẽ được lấp đầy bởi một đoạn thông tin gần như tương tự với nó. Tái tạo là dựng lại
đoạn thông tin bị mất bằng kỹ thuật nào đó như : nội suy từ các gói thông tin trước và/ hoặc
sau gói bị mất dựa vào một số đặc tính của thoại như dạng sóng hoặc phổ tần. Che dấu là
che đậy tinh vi các gói bị mất.
Ở đây tập trung về các kỹ thuật khôi phục mất gói, kỹ thuật này có thể chia ra làm 2 loại:
thực hiện ở bộ phát và thực hiện ở bộ thu.
5.7 .Các giải pháp thực hiện bộ phát
Cơ chế khôi phục mất gói thực hiện ở đầu phát bao gồm:
• - Yêu cầu phát lại tự động (ARQ- automatic repeat request )
• - Sửa lỗi trước (FEC- forward error correction)
• - Bảo vệ mức không đều (ULP- uneven level protection)
• - Ghép xen (interleaving)
5.7.1. Yêu cầu phát lại tự động
Cơ chế này sẽ thực hiện phát lại các gói lỗi hoặc mất, nó là phương pháp phổ biến nhất để
khôi phục dựa trên đầu phát và thường sử dụng trong TCP. Tại phía phát sẽ bổ sung các số
thứ tự vào các gói thoại trước khi phát đi. Phía thu sẽ dựa vào số thứ tự này để biết các gói
thoại nào đã bị mất và yêu cầu phía phát phát lại. Phương pháp này đảm bảo độ tin cậy cho
dữ liệu nhưng lại có nhược điểm là độ trễ quá lớn và không phù hợp với các cuộc đàm thoại
VoIP. Nó chỉ phát huy tác dụng trong trường hợp phát thanh quảng bá khi mà độ trễ không
đòi hỏi cao bằng độ chính xác trong thông tin phát.
5.7.2. Sử dụng mã sửa lỗi trước
Sử dụng mã sửa lỗi trước FEC, dữ liệu mất sẽ được khôi phục ở phía thu mà không cần yêu
cầu phát lại ở phía phát. Cả dữ liệu gốc và thông tin dư thừa đều được gửi đến phía thu. Dữ
liệu dư thừa nhận được từ dữ liệu gốc nhờ sử dụng toán tử XOR hoặc sử dụng mã Reed-
Solomon. Mã này cho phép bảo vệ lỗi tối ưu nhưng giá thành xử lý cao hơn cơ chế dựa trên
toán tử XOR.
Nguyên lý của FEC là truyền đi k gói dữ liệu gốc kèm theo h gói chẵn lẻ dư thừa. Ví dụ k=4,
h=2, như vậy các gói truyền đi có 4 gói mang thông tin thoại và 2 gói chẵn lẻ. Giả sử một gói
thoại và 1 gói chẵn lẻ dư thừa bị mất thì tại phía thu vẫn có thể khôi phục lại toàn bộ các gói
thoại dựa vào 3 gói thoại còn lại và 1 gói chẵn lẻ dư thừa. FEC làm việc hiệu quả ngay cả khi
tỷ lệ h/k khá nhỏ. Ở bộ giải mã FEC, mất gói liên tiếp có thể sửa được với k khá lớn vì chúng
sử dụng cả các bit dữ liệu và các bit chẵn lẻ cho việc sửa lỗi. Ưu điểm của FEC là các gói
mất có thể khôi phục lại một cách chính xác. nhược điểm là yêu cầu trễ cao và yêu cầu thêm
băng thông.
5.7.3 .Bảo vệ mức không đều
ULP dựa trên thực tế, các phần khác nhau của dữ liệu sẽ có những mức quan trọng khác
nhau và do đó sẽ có ưu tiên được bảo vệ khác nhau. Ví dụ: thoại được mã hoá sử dụng CELP
thì pitch và các tham số bộ lọc dự đoán trước được coi là quan trọng hơn các ký hiệu trong
khối mã hoá kích thích. Một lỗi trong tham số bộ lọc dự đoán sẽ dẫn đến chất lượng giảm rõ
rệt trong khi lỗi ở khối ký hiệu sẽ có ảnh hưởng ít hơn. Chính điều này dẫn đến việc bảo vệ
mức không đều. Các khối dữ liệu sắp xếp trong gói RTP sẽ giảm dần theo độ quan trọng, dữ
liệu ở phần đầu sẽ được bảo vệ tốt hơn.
5.7.4 .Ghép xen
Khi trễ là vấn đề thứ yếu thì ghép xen được sử dụng để giảm ảnh hưởng của lỗi bit chùm.
Nguyên lý của ghép xen được minh hoạ như sau:
Tại bộ thu, các khối dữ liệu được tập hợp lại và sắp xếp theo thứ tự rồi đưa đến bộ giải mã.
Đối với ghép xen, ảnh hưởng của mất gói được chia đều trên các khoảng thời gian nhỏ tương
ứng. Khi đó các khoảng thời gian này nhỏ hơn chiều dài một âm vị (phoneme). Do đó có thể
dễ dàng nội suy lại khoảng đã mất và âm thoại vẫn nghe tốt như bình thường. Trong khi đó
nếu không có ghép xen thì có thể có trường hợp khối dữ liệu bị mất lớn hơn so với khoảng
thời gian 1 âm vị, khi đó sẽ làm giảm khả năng hiểu được của thoại. Ưu điểm của ghép xen:
không làm tăng tải cho mạng. Giảm ảnh hưởng của mất gói chùm.
Nhược điểm: tăng trễ
5.8 .Giải pháp thực hiện ở bộ thu
Khôi phục mất gói tại phía thu có thể coi như làm cách nào đó để người nghe có thể cảm
nhận được âm thoại một cách tốt nhất có thể.
Nguyên lý cơ bản
Chúng ta sẽ giả thiết rằng phía phát đã sửa hầu hết các lỗi bit chùm và chỉ còn 1 số nhóm nhỏ
cần sửa tiếp. Che dấu lỗi là cách hiệu quả nhất để sửa các lỗi còn lại.
Phương pháp che dấu mất gói thực hiện thay thế một gói mất. Bằng cách tổgn hợp phần âm
thanh hoặc tín hiệu thoại tương ứgn với gói đã mất. Điều này có thể thực hiện được vì hầu
hết các phần của tín hiệu thoại hoặc âm thanh thay đổi chậm theo thời gian, do vậy những
đoạn tín hiệu thoại gần nhau thường tương tự như nhau. Kỹ thuật này làm việc tốt khi tỷ lệ
mất gói nhỏ hơn 15% và khoảng thời gian mất gói nhỏ hơn 40ms. Khi chiều dài mất gói liên
tiếp gần bằng chiều dài âm vị thì kỹ thuật này làm việc không hiệu quả.
Phân loại:
* Chèn:
- Ghép nối.
- Chèn khoảng lặng.
- Lặp gói.
* Nội suy:
- Thay thế dạng sóng.
- Thay thế dạng sóng theo "pitch".
- Co dãn thang thời gian.
* Tái tạo
- Nội suy tham số.
- Tái tạo mô hình.
5.8.1 .Chèn
Trong phương pháp chèn, gói bị mất được thay thế bằng việc chèn đầy vào các bit. Trong kỹ
thuật chèn chia ra 3 loại như sau:
- Ghép nối (Splicing): Đây là kỹ thuật đơn giản nhất, nếu mất gói xảy ra, nó sẽ cắt bỏ đoạn
tín hiệu tương ứng với các gói mất, ví dụ nếu mất gói thứ 5 thì sau gói thứ 4 sẽ là gói thứ 6.
Như vậy trong luồng tín hiệu thoại sẽ có 1 phần âm thoại bị cắt bỏ tương ứng với gói thứ 5.
(
- Chèn khoảng lặng (Silence substitution): Thay thế đoạn tương ứng với các gói mất bằng
đoạn có biên độ bằng không hoặc chèn nhiễu nền. Điều này chỉ chấp nhận được khi các
khung mất rất ngắn và tỷ lệ mất gói là rất thấp.
- Lặp lại bằng các gói trước đó: Kỹ thuật này chấp nhận được khi mất gói đơn. Gói tốt nhất
nhận được trước gói bị mất sẽ được lặp lại để lấp đầy khoảng trống thoại bị mất. Tuy nhiên
lặp gói lại gây một số âm thanh lạ.
5.8.2 .Nội suy
Nội suy là kỹ thuật phức tạp hơn nhiều, vì chúng tính tới sự thay đổi của tín hiệu âm thoại.
Nguyên lý của kỹ thuật này là sử dụng các gói lân cận gói mất để làm cơ sở tái tạo lại gói bị
mất và thay thế chúng. Kỹ thuật nội suy có 3 dạng:
- Thay thế bằng dạng sóng (waveform substitution) của tín hiệu thoại trước hoặc sau đoạn bị
mất.
- Nội suy dạng sóng theo chu kỳ "pitch" (Pitch waveform interpolation): Nếu gói mất là đoạn
vô thanh thì được thay thế bằng cách lặp lại. Nếu gói mất là đoạn hữu thanh thì được thay thế
bằng cách lặp lại dạng sóng theo chu kỳ "pitch". Kỹ thuật này cho chất lượng tốt hơn kỹ
thuật thay thế bằng dạng sóng.
- Co dãn thang thời gian (Time scale modification): Kỹ thuật này cho phép co dãn đoạn thoại
hay audio trước và sau đoạn bị mất để bù lấp những đoạn này. Đoạn sóng chuyển từ gói
trước sang gói sau được nội suy trong một cửa sổ để tìm dạng sóng tối ưu, do đó chất lượng
kỹ thuật này cao hơn hẳn các kỹ thuật trước.
5.8.3 .Tái tạo
Kỹ thuật này sử dụng thông tin của thuật toán mã hoá để tổng hợp tín hiệu thoại tương ứng
với các gói đã mất, công nghệ này phụ thuộc vào bộ mã hoá thoại và có thời gian tính toán
khá lâu và thuật toán phức tạp. Kỹ thuật này có thể chia làm 2 loại:
- Nội suy tham số (Parameter interpolation): Sử dụng các tham số mã hoá như LPC và độ
tăng ích để nội suy.
- Khôi phục trên cơ sở mô hình (Model- based recovery): Đoạn mất của tín hiệu được khôi
phục bằng cách mô hình hoá dạng mã hoá của tín hiệu thoại
II. Tính bảo mật và hướng khắc phục:
1. Tính bảo mật trong VoIP:
Chính vì VoIP dựa trên kết nối Internet nên nó có thể có những điểm yếu đối với bất
kỳ mối đe dọa và các vấn đề gì mà máy tính phải đối mặt. VoIP có thể cũng bị tấn công bởi
virus và mã nguy hiểm khác. Các kẻ tấn công có thể chặn việc truyền thông, nghe trộm và
thực hiện các tấn công giả mạo bằng việc thao túng ID và làm hỏng dịch vụ của bạn. Các
hành động tiêu tốn lượng lớn các tài nguyên mạng như tải file, chơi chò trơi trực tuyến…
cũng ảnh hưởng đến dịch vụ VoIP.
■ Gây gián đoạn và quấy rối dịch vụ: Kẻ tấn công (attacker) cố gắng phá dịch vụ
VoIP bao gồm ở các mức : hệ thống quản trị, hệ thống dự phòng, hệ thống truy nhập và điều
khiển.Việc tấn công vào từ các thành phần mạng gồm có routers, máy chủ DNS, SIP proxies,
các phần điều phối phiên (secssion).
Phương thức tấn công có thể từ xa, không nhất thiết phải truy nhập trực tiếp, thông qua việc
lợi dụng các lỗ hổng của giao thức dùng trong VoIP, lỗi của hệ thống. Một hình thức quấy
rối gọi là SPIT (spam through Internet telephony – tạm dịch là gọi điện quấy rối qua
Internet).
Sự gián đoạn của dịch vụ (Service Disruption)
Việc tấn công làm gián đoạn dịch vụ có thể là do tấn công từ chối dịch vụ DoS. Trong
tấn công DoS có hai loại chính là DoS thông thường và DDoS – DoS phân tán, khi bị tấn
công này thì rất ít hệ thống có khả năng chống đỡ được. Hình dưới đây cho thấy các dịch vụ
trong VoIP có thể bị gián đoạn khi bị tấn công DoS.
Tấn công DoS có thể thực hiện vào bất cứ thành phần nào của hệ thống.
Hình 1. Các mục tiêu tấn công của DoS
Các mục tiêu dễ tấn công và đem lại xác suất thành công cao khi tấn công DoS là tấn
công vào các thành phần của hệ thống, bao gồm:
,
