NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐIỆN THOẠI TRÊN INTERNET (INTERNET TELEPHONY) - LUẬN VĂN ĐIỆN TỬ, ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
TABLE OF CONTENTS

CHƯƠNG1 Ưu thế và xu hớng phát triển của điện thoại Internet:7
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.3

Những u thế của dịch vụ thoại qua internet. ...................................7
Sự phát triển của các dịch vụ điện thoại Internet: ...........................9
Thoại thông minh ...............
.................................
......................................
......................................
.........................
.......10
10
Dịch vụ tính cớc cho bị gọi ............................................................10
Dịch vụ Callback Web ......................................................................10
Dịch vụ fax qua IP....................................
......................................................
....................................
.......................
.....11

11
Dịch vụ Call center................
..................................
....................................
....................................
.......................
.....11
11
Thị trờng hiện nay .................
...................................
......................................
......................................
.........................
.......11
11

1.4

Xu hớng thị trờng thoại Internet trong tơng lai ......................13

2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.3.1
2.1.3.2
2.1.3.3
2.1.4

Kỹ thuật nén tín hiệu thoại ...................................................................16

Tổng quan .................
...................................
.....................................
.....................................
....................................
.................... 16
Nguyên lý chung của bộ m hoá CELP.........................................18
.........................................18
Nguyên lý m hoá CS-ACELP........................................................21
........................................................21
Nguyên lý chung cuả bộ m hoá ................................................21
Nguyên lý bộ m hoá CS-ACELP..............................................22
Nguyên lý bộ giải m CS-ACELP..............................................23
Chuẩn nén G.729A .................
...................................
....................................
....................................
.......................
.....24
24

CHƯƠNG2 Công nghệ cơ sở................
..................................
....................................
....................................
.......................
.....16
16

...................................

....................................
....................................
.......................
.....26
26
2.1.5
Chuẩn nén G.729B .................
2.2
Báo hiệu DTMF (Dial tone Multi Frequency )................................27
2.2.1
Báo hiệu DTMF qua bản tin UserInputIndication .......................27
2.2.1.1
Thiết bị đầu cuối thu phát DTMF ...............................................28
2.2.1.2
Gateway thu phát DTMF .............................................................28
2.2.1.3
Gate Keeper thu và phát các tín hiệu âm thanh D.323. ...........28
2.2.2
DTMF đợc truyền thông qua giao thức thời gian thực RTP
(Real time Transport Protocol) ...................
......................................
.....................................
....................................
............................2
..........299
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

1

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

2.3
2.4
2.4.1
2.4.2
2.4.2.1
2.4.2.2
2.4.3
2.4.3.1
2.4.3.2
2.4.4
2.4.5
2.4.6

Khử tiếng vọng .................
...................................
....................................
......................................
....................................29
................29
Cơ chế bảo mật. ...............
.................................
....................................
......................................
....................................30
................30
Định nghĩa và khái niệm ..................................................................31

Thu tục Authentication giữa hai đầu cuối .....................................32
Thủ tục Authentication của Diffie-Hellman .............................32
Thủ tục Authentication dựa vào nhận dạng. .............................33
Thủ tục Authentication giữa đầu cuối và Gatekeeper .................33
Thủ tục Authentication không có thông tin ngầm định trớc. 33
Thủ tục Authentication dựa trên thông tin ngầm định trớc ..34
Thủ tục m hoá bảo mật luồng dữ liệu. .........................................34
Xử lý khi nhận thấy mất an toàn .....................................................34
Ví dụ bảo mật bằng cách sử dụng Token ......................................34

CHƯƠNG3 Cấu trúc mạng và cấu hình chuẩn
c huẩn của mạng IP. .........36
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.3
3.3.1

Tổng quan về cấu hình chuẩn của mạng VoIP ...............................36
Các cấu hình chuẩn và chức năng của các phần tử.......................37
Thiết bị đầu cuối .................
...................................
......................................
......................................
.........................
.......37
37

Mạng truy nhập IP....................................
......................................................
....................................
.......................
.....38
38
Gatekeeper (GK) ................
..................................
......................................
......................................
.........................
.......38
38
Gateway(GW) ...................
......................................
.....................................
....................................
............................3
..........399
Các giao diện chuẩn.................
...................................
......................................
......................................
.........................
.......42
42
Một thí dụ về cấu hình mạng VoIP...............................................44

CHƯƠNG4 Xử lý cuộc gọi và tính cớc......................................................45
4.1

4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.3
4.3.1
4.3.2

.................................
....................................
......................................
....................................45
................45
Đăng ký dịch vụ ...............
Thiết lập cuộc gọi ...................
......................................
.....................................
....................................
............................4
..........466
Cuộc gọi từ đầu cuối H.323 tới thuê bao trong SCN. ..................46
Cuộc gọi thuê bao trong mạng SCN tới đầu cuối H.323: ...........48
Phối hợp hoạt động với báo hiệu DTMF: ......................................50
Lựa chọn nhà cung cấp mạng: .........................................................50
Thực hiện cuộc gọi .................
....................................
.....................................
....................................
............................5

..........500
Khái niệm chung ................
..................................
......................................
......................................
.........................
.......50
50
Các trờng hợp ngoại lệ trong giai đoạn thực hiện cuộc gọi ......51
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

2




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

4.4
4.5

Giải phóng cuộc gọi: ................
..................................
......................................
......................................
.........................
.......51
51
Nhận dạng thuê bao chủ gọi .................................................................51

4.6

Mô hình tính cớc và cách tính cớc trong mạng VOIP ..............52

CHƯƠNG5 Đánh số và chuyển đổi địa chỉ...............................................58
5.1
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.5
5.1.6


5.2
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.2.3.1
5.2.3.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.4
5.4.1
5.4.2
5.4.3
5.5

Yêu cầu chung ..................

....................................
....................................
......................................
....................................58
................58
Yêu cầu với cuộc gọi từ IP đến PSTN:...........................................58
Yêu cầu đối với cuộc gọi từ PSTN đến IP: ....................................59
Yêu cầu đối với cuộc gọi từ PSTN đến IP đến PSTN: .................59
Yêu cầu đối với cuộc gọi từ IP đến PSTN đến IP: .......................59
Các phơng thức quay số: ................................................................59
Các số lựa chọn .................
....................................
.....................................
....................................
............................6
..........600

Phơng
đánh
bao: ..........................................................61
Yêu pháp
cầu đối
với số
quythuê
tắc đánh
số: ....................................................61
Quy tắc đánh số để hỗ trợ tại giao diện đối với mạng PSTN: ....61
Phơng pháp đánh số thuê bao ........................................................62
Quy tắc của IETF ..........................................................................62
Khuyến nghị của ETSI .................................................................63

Phơng pháp chuyển đổi số E.164 và địa chỉ IP: ...........................65
Khuyến nghị của IETF .....................................................................65
Định tuyến cho các loại hình dịch vụ ............................................66
Phơng pháp định tuyến giữa PSTN và IP ......................................68
Cách thứ nhất .................
...................................
....................................
....................................
................................68
..............68
....................................
....................................
....................................
................................68
..............68
Cách thứ hai. ..................
Cách thứ ba .................
...................................
....................................
......................................
....................................69
................69
Kết luận..................
.....................................
......................................
.....................................
....................................
............................6
..........699

CHƯƠNG6 Đánh giá chất lợng dịch vụ...................................................70
6.1
6.2
6.3

Đánh giá theo chủ quan .........................................................................70
Đánh giá theo khách quan ....................................................................70
Đánh giá theo độ trễ ................
..................................
......................................
......................................
.........................
.......73
73
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

3




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

CHƯƠNG7 Khả năng triển khai dịch vụ ...................................................74
7.1
7.2
7.2.1
7.2.2
7.3

7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.4
IP.
7.3.4.1

Các động lực chính.................
....................................
.....................................
....................................
............................7
..........744
khả năng phổ biến dịch vụ thoại qua Internet ................................74
Phơng án 1: Dịch vụ thoại Internet là thứ yếu ............................75
Phơng án 2 :dịch vụ thoại Internet chiễm lĩnh thị trờng. ........76
Sự ảnh hởng đến các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ..............77
Tơng lai của mạng viễn thông .......................................................78
Sự thay đổi nhu cầu của khách hàng ..............................................79
Vị trí của IP và sự liên quan với mạng chuyển mạch kênh. .......79
Chiến lợc của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông với dịch vụ

7.3.4.2
7.3.4.3

..................................................82
Nhà khai
khai thác
thác mạng
mạng truy

đờng
trục...................................................82
Nhà
nhập.

80

Nhà khai thác mạng truy nhập và mạng đờng dài. ................81

CHƯƠNG8 thiết kế Gateway thoại Internet và mô tả phần mềm
VIPGATE. 84
8.1
8.1.1
8.1.2
8.2
8.2.1
8.2.2

Môi trờng phát triển .................
...................................
....................................
....................................
.......................
.....84
84
tổng quan ..................
....................................
.....................................
.....................................
....................................

.................... 84
Cấu trúc phần cứng : .........................................................................85
Giải pháp thiết lập bộ đệm . .................................................................88
Phơng pháp truyền dữ liệu qua 3 bộ đệm....................................89
Phơng thức truyền dữ liệu qua hai bộ đệm. ................................90

8.3
8.4
8.4.1
8.4.2
8.4.2.1
8.4.2.2
8.4.2.3
8.4.3
8.4.3.1

..................................
....................................
......................................
....................................91
................91
Triệt tiếng vọng................
Phần mềm VIPGate .................
...................................
......................................
......................................
.........................
.......91
91
Giới thiệu chung .................

...................................
......................................
......................................
.........................
.......91
91
Cấu trúc chơng trình .......................................................................92
Điều khiển xử lý cuộc gọi ............................................................92
Nén Tín hiệu thoại.........................................................................92
Điều khiển truyền dữ liệu trên mạng IP....................................93
Đặc tính kỹ thuật của VIPGate .......................................................93
Tính năng và yêu cầu kỹ thuật ....................................................93
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

4




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

8.4.3.2

Giao diện ngời sử dụng ..............................................................93

CHƯƠNG9 thử nghiệm Dịch vụ thoại Internet.......................................96
.......................................96
9.1
9.2
9.3

.................................
......................................
......................................
.........................
.......96
96
Cấu hình thử nghiệm...............
Cấu hình đo kiểm ...................
......................................
.....................................
....................................
............................9
..........966
Kết quả đánh giá chất lợng dịch vụ. ................................................98

Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

5




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

lời nói đầu
Đầu năm 1995 công ty VocalTec đa ra sản phẩm phần mềm thoại qua Internet
(kết nối điểm -điểm) đầu tiên trên thế giới .Sau đó ,nhiều công ty đ đầu t nghiên cứu
và đa ra các sản phẩm thơng mại.Tháng 3/1996 ,VocalTec kết hợp với Dialogic đ
đa ra sản phẩm cổng kết nối PSTN

PSTN và Internet đầu tiên trên thế giới.Hiệp hội các nhà
sản xuất thoại qua máy tính ECTF đ ra đời nhằm đa ra các tiêu chuẩn thoại qua
Internet .Hiệp hội bao gồm 36 các công ty máy tính và viễn thông hàng đầu thế giới nh
AT&T ,IBM,Sun Microsystems,Digital,Ericsson,v.v...
Mặc dù công nghệ thoại qua Internet đ đợc thơng mại hoá từ năm
1995,nhng việc nghiên cứu về lĩnh vực này ở Việt Nam còn quá ít.Với lợi thế giá cớc
thấp
quan ,dịch
tâm. vụ thoại qua mạng Internet thực sự đ làm nhiều nhà kinh doanh viễn thông
Trong thời gian thực tập từ 1/12/1999 em đ có may mắn đợc tham gia cùng nhóm
nghiên cứu ứng dụng công nghệ thoại trong mạng Internet ở Việt Nam tại phòng
Chuyển mạch Viện Khoa Học Kỹ Thuật Bu Điện.Vì thời gian có hạn nên trong khuôn
khổ bản đồ án tốt nghiệp này chỉ xin đề cập đến những vấn đề cơ bản của công nghệ
Internet Telephony và những kết quả công việc mà em đ thu thập và thực hiên trong
thời gian qua.
Hiện tại dịch vụ Thoại qua Internet vẫn cha đợc xem là hợp pháp ở Việt Nam
nhng việc nghiên cứu dịch vụ này
này là rất cần thiết để có thể theo kịp và nắm bắt đợc
đợc
công nghệ mới trong tơng lai.Em xin chân thành cảm ơn thày giáo Ngọ Văn Toàn
khoa điện tử viễn thông
thông tròng đại học Bách khoa Hà Nội,kỹ s Nguyễn Ngọc Thành
cùng
toàn
thểđỡ
cácEm
cánthời
bộ gian
nghiên
cứu phòng chuyển mạch Viện Khoa học Kỹ Thuật Bu

Điện đ
giúp
qua.
Sinh viên :Phạm Việt Dũng.

Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

6




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

Chapter 1

CHƯƠNG1 Ưu thế và xu hớng phát triển của
điện thoại Internet:
1.1 Những u thế của dịch vụ thoại qua internet.
Đầu năm 1995 công ty VocalTec đa ra sản phẩm phần mềm Internet
Telephony đầu tiên trên thế giới .Sau đó nhiều công ty viễn thông lớn đ đầu t đa ra
những sản phẩm thơng mại nhng kết quả còn nhiều hạn chế .Gần đây cùng với sự
phát triển của công nghệ thông tin ,chât lợng của thoại Internet đ gần đạt đến chất
lợng của thoại truyền thống PSTN .Một số hng viễn thông lớn nh AT&T Sprint và
Telstra đ thông báo về việc chuyển các mạng viễn thông chủ đạo sang nền chuyển
mạch gói .Điều này có nghĩa là phần lớn lu lợng thoại sẽ đợc truyền qua mạng mạch
gói trong thời gian không xa .Điện thoại qua Internet đ gây đợc sự chú ý mạnh mẽ
nhất và có khả năng để trở thành nền tảng cho mạng thoại công nghệ chuyển mạch gói
.Một bí quyết thành công của dịch vụ thoại qua mạng Internet là khả năng đáp ứng nh
dịch vụ thoại truyền thống đặc biệt là trong thoại đờng dài .

Bảng 1:Giá thành của dịch vụ thoại Internet *
Giao dịch
điện thoại

Giá chuẩn
(1)

Giá chiết
khấu (1)

Giá tiết
kiệm (1)

Giá dịch vụ thoại
qua Internet (2)

USA -Germany
USA-Ngeria
usa-Saudi Arabia
USA-Singapore

$1.36
$1.86
$1.87
$1.56

$0.89
$1.41
$1.40
$1.03

$0.78
$1.28
$1.27
$0.90

$0.10-$0.45
$0.10-$0.45
$0.10-$0.45
$0.10-$0.45

*Có hiệu
hiệu lực từ 12/97
Chú ý: (1) Bảng giá trên do AT&T định cho các giao dịch điện thoại từ Mỹ tới một số
nớc và đợc tính cho mỗi phút .Giá Chuẩn tính từ 14:00h đến 20:00h;Giá chiết khấu
đợc tính từ 20:00h đến 03:00h;Giá tiết kiệm đợc tính từ 03:00h đến 14:00h hàng
ngày.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

7




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
(2) Mức giá định sẵn của dịch vụ thoại qua Internet
In ternet từ Mỹ tới một số nớc.
Nguyên nhân khiến dịch vụ thoại qua Internet có giá thành thấp là do hiệu quả
kỹ thuật và lợi thế kinh tế về mặt lâu dài (IDC trong ITU,1997).Theo
ITU,1997).Theo Cian Pablo

Villamil ,quản lý tại Andersen Consulting:Ban đầu ngời ta cho rằng cơ hội này sẽ mất
đi khi giá bắt đầu giảm xuống .Giờ đây, chúng ta mới nhận thấy rằng dịch vụ thoại
Internet có lợi thế kinh tế lâu dài do chi phí cho các thiết bị ngày càng giảm đi
(Evagora ,1997).
Công nghệ chuyển mạch gói sử dụng hiệu quả hơn so với công nghệ chuyển mạch kênh
truyền thống .Khi mạng PSTN đợc lắp đặt ( vào cuối thế kỷ 19,đầu thế kỷ 20) ,thiết bị
chuyển mạch rất đắt trong khi đó chi phí cho dây dẫn lại thấp.Đến những năm 70,giá
thành của các thiết bị máy tính giảm.Vì vậy giá thành của các thiết bị chuyển mạch
cũng hạ rất nhanh ,tốc độ giảm chi phí cho lắp đặt cáp cũng không theo kịp .(Theo ý
kiến của Gordon Moore,một trong những nhà sáng lập công ty Inlel).Ngày nay các bộ
Touter với giá thành thấp đ thay thế bộ chuyển mạch và dây dẫn với giá thành đang
tăng dần ,thì những chuyển mạch gói tiết kiệm hơn,do đó sẽ cung cấp đợc dữ liệu có
hiệu quả hơn nhiều. Đối với chuyển mạch gói ,giá thành là khoảng 4US cents /1Kbyte,
so với 15cents /1Kbytes dữ liệu của chuyển mạch kênh
Một số ngời vẫn băn khoăn về việc chia tín hiệu thoại thành một số lợng lớn
các gói và việc thêm phần mào đầu vào mỗi gói để đa ra luồng dữ liệu.Điều này ít
nhiều có ý nghĩa quan trọng trong việc cập nhật kỹ thuật nén mà đợc tạo ra bới các đầu
đ ầu
cuối của Internet hơn là nâng cấp phần cứng của PSTN .Trong hệ thống chuyển mạch
kênh ,toàn bộ phần cứng trong toàn bộ mạng cần đợc nâng cấp để tận dụng đợc các
tiến bộ của kỹ thuật nén.Các đầu cuối Internet ,các PC chuẩn có thể thực hiện bất kể
công nghệ nén tốt nhất hay không ,và bất kể
k ể là chúng ở đâu.
Khách hàng có thể sử dụng IP cho mọi việc do đó có đợc
đợc mạng chung cho cả
dịch vụ thoại trên Internet hoặc Intranet nh multimedia.
Ngay cả trong trờng hợp đơn giản nhất ,tiếng nói đợc chuyển qua Internet
cũng khó mà sai lệch hơn so với tiếng nói trong dạng tơng tự truyền qua cáp đồng
xoắn .Vấn đề chủ yếu khi đóng gói phần mềm m hoá tín hiệu thoại thành các gói cũng
bị biến đổi.Nhiều nhà toán học đ cho rằng phải cần đến SuperComputer hoạt động

trong vài tuần , thậm chí vài tháng để thực hiện đợc cuộc gọi trong hai phút.
Tính kinh tế của quy mô rất thấy rõ trong hệ thống , bởi vì Internet cũng nh PSTN là
một hệ thống gồm nhiều mạng .Thậm chí một PSTN nhỏ cũng tận dụng đợc kết nối
với các mạng khác.
Các tiêu chuẩn chung cho dịch vụ thoại qua Internet
Hầu hết các nhà đầu t trên thị trờng đều chấp nhận tiêu chuẩn H.3
H.323
23 và T.120
mà có khả năng hoạt động trong phạm vi quốc tế. (Thực hiện tiêu chuẩn này có một ý
nghĩa là bất kỳ một ngời sử dụng IP nào cũng có thể nói chuyện đợc với một IP
khác.) .Theo Fost và sullivan ,ngời ta hi vọng rằng tiêu chuẩn quốc tế mới này sẽ dẫn
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 8




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
đến sự tăng trởng mạnh ở trên thị tròng của dịch vụ thoại Internet trong những năm
tới .
Chính sách trợ giúp công cộng ,đặc biệt ở Mỹ ,đ làm cho quá trình phát triển ít
tốn kém hơn so với PSTN.Suốt trong thời gian phát triển qua, nhờ có các cơ quan nhà
nớc nên ngời ta không cần đến bộ phận nghiên cứu và phát triển thị trờng để thu hồi
vốn ít nhất là ở Mỹ ,các ISP không phải trả phí truy nhập.
Dịch vụ thoại Internet đ bỏ qua hệ thống tính giá quốc tế.Một nhà cung cấp dịch vụ
thoại Internet với Gateway trong phạm vi nớc ngoài chỉ phải trả phí giao dich quốc tế
của quốc gia đó , hoặc chi phí cho cuộc gọi nội hạt chứ không phải là thanh toán chi phí
quốc tế.
1.2 Sự phát triển của các dịch vụ điện thoại Internet:
Năm
Môi

dụng

trờng

sử

1994
PC-PC

Loại khách hàng

Nhà phát triển phần mềm
VoIP

Khả năng hoạt động
với các mạng khác
Chất lợng dịch vụ

Theo tiêu chuẩn của riêng
từng hng phát triển
kém

1998
-PC-PC
-PC-Fax
-PC-điện
thoại
-Điện thoại
-điện thoại
-ISP

-Nhà bán lẻ
-Nhà khai thác mạng
Tơng thích tiêu chuẩn ITU H323,
cho phép hoạt động giữa các Gateway
Gần bằng chất lợng thoại qua PSTN

Bảng 1.2 Sự phát triển của thoại qua
qua IP
Điện thoại Internet không chỉ
chỉ còn là công nghệ cho giới sử dụng máy tính mà
cho cả ngời sử dụng điện thoại quay vào Gateway.Dịch vụ này đợc một số nhà khai
thác lớn cung cấp và chất lợng thoại không thua kém chất lợng của mạng thoại thông
thờng,đặc
là trên ,các
các tuyến
tế sớm
. Mặcđợc
dù vẫn
một
vấnchuẩn
đề vềH.323
độ tơng
thích của cácbiệt
Gateway
vấn đềquốc
này sẽ
giải còn
quyết
khisốtiêu
của

ITU đợc sử dụng rộng ri.
suốt từ khi các máy tính bắt đầu kết nối vói nhau ,vấn đề các mạng phc hợp
luôn là mối quan tâm của mọi ngời .Mạng máy tính phát triển bên cạnh mạng điện
thoại .Các mạng máy tính và mạng điện thoại song song tồn tại ngay trong cùng một cơ
cấu ,giữa các cơ cấu khác nhau ,và trong mạng rộng WAN .Công nghệ thoại IP không
ngay lập tức đe doạ đến mạng điện thoại toàn cầu mà nó sẽ dần thay thế thoại chuyển
mạch kênh truyền thống. Sau đây là các ứng dụng của dịch vụ thoại Internet tiêu biểu:

Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

9




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

1.2.1 Thoại thông minh
Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu : rẻ ,phổ biến ,dễ sử dụng ,cơ
động .Nhng nó hoàn toàn ngớ ngẩn .Nó chỉ có 12 phím để điều khiển. Trong những
năm gần đây ,ngời ta đ cố gắng để tạo ra thoại thông minh , đầu tiên là các thoại để
bàn ,sau là đến các server .Nhng mọi có gắng đều thất bại do tồn tại các hệ thống có
sẵn.
Internet sẽ thay đổi điều này . Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu ,nó đ sử
dụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu .Giữa máy tính và
mạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ .Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển
cuộc gọi một cách tiện lợi hơn. Chúng ta có thể thấy đợc khả năng kiểm soát và điều
khiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet .
1.2.2 Dịch vụ tính cớc cho bị gọi
Thoại Internet giúp bạn có khả năng cung cấp dịch vụ tính cớc cho bị gọi đến

các khách hàng nớc ngoài cũng giống nh khách hàng trong nớc. Để thực hiện đợc
điều này ,bạn chỉ cần PC với hệ điều hành Window98 (hoặc Window 2000) ,địa chỉ kết
nối Internet (tốc độ 28,8 kbps hoặc nhanh hơn ),và chơng trình phần mềm
mềm chuyển đổi
chẳng hạn nh Quicknets Technologies Internet PhoneJACK.
Thay vì gọi qua mạng điện thoại truyền thống ,khác hàng có thể gọi cho bạn
qua Internet bằng việc sử dụng chơng trình phần mềm chẳng hạn nh Internet phone
của Vocaltec hoặc Netmeeting của Mỉcrosoft .Với các chơng trình phần mềm này
,khách hàng có thể gọi đến công ty của bạn cũng giống nh việc họ gọi qua mạng
PSTN.
Bằng việc sử dụng chơng trình chẳng hạn Internet Phone JACK ,bạn cũng có
thể xử lý các cuộc gọi cũng giống nh xử lý các cuộc gọi khác.Bạn có thể định tuyến
các cuộc gọi này tới nhà vận hành ,tới các dịch vụ tự động trả lời ,tới các ACD. Trong
thực tế ,hệ thống điện thoại qua Internet và hệ thống điện thoại truyền thống hoàn toàn
nh nhau.
1.2.3 Dịch vụ Callback Web
Worldwide Web đ làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với khách
hàng của các doanh nghiệp. Với tất cả các tiềm năng của Web ,điện thoại vẫn là một
phơng tiện kinh doanh quan trọng trong nhiều nớc. Điện thoại Web hay bấm số
(ckick to dial ) cho phép các nhà doanh nghiệp có thể da thêm các phím bấm lên trang
Web để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ . Dịch vụ bấm số là cách dễ dàng nhất và
an toàn nhất để đa thêm các kênh trực tiếp từ trang Web của bạn vào hệ thống điện
thoại.

Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

10

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

1.2.4 Dịch vụ fax qua IP
Nếu bạn gửi nhiều fax từ PC ,đặc biệt là gửi ra nớc ngoài thì việc sử dụng dịch
vụ Internet fax sẽ giúp bạn tiết kiệm đợc tiền và cả kênh thoại. Dịch vụ này sẽ chuyển
trực tiếp từ PC của bạn qua kết nối Internet .Hàng năm ,thế giới tốn hơn 30tỷ USD cho
việc gửi fax đờng dài. Nhng ngày nay Internet fax đ làm thay đổi điều này .Việc sử
dụng Internet không những đợc mở rng cho thoại mà còn cho cả dịch vụ fax .Một
trong những dịch vụ gửi fax đợc a chuộng nhất là comfax
comf ax .
Khi sử dụng dịch vụ thoại và fax qua Internet ,có hai vấn đề cơ bản:
Những ngời sử dụng dịch vụ thoại qua Internet cần có chơng trình phần mềm
chẳng hạn Quicknets Technologies Internet PhoneJACK .Cấu hình này cung cấp
cho ngời sử dụng khả năng sử dụng thoại Internet thay cho sử dụng điện thoại
để bàn truyền thông.
Kết nối một Gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hiện hành. Cấu
hình này cung cấp dịch vụ thoại qua Internet giống nh việc mở rộng hệ thống
hiện hành của bạn.
1.2.5 Dịch vụ Call center
GateWay call center với công nghệ thoại IP cho các nhà kiểm duyện trang Web với các
PC trang bị multimedia kết nối đợc với bộ phận phân phối các cuộc gọi tự động (ADC)
.Một u điểm của thoại IP là khả năng
n ăng kết hợp cả thoại và dữ liệu trên cùng
c ùng một kênh.

1.3 Thị trờng hiện nay
Hiện nay ,trên thị trờng điện thoại Internet có một số nhà cung cấp dịch vụ lớn
bao gồm các nhà vận hành mạng nh AT&T ,Deutsche Telekom và Sonera nhng chủ
yếu vẫn là các nhà cung cấp dịch vụ thẻ và bán lại.Điện thoại qua Internet ( Chủ yếu

qua mạng Internet công cộng ) có thể giúp các nhà bán lẻ dịch vụ thoại giảm đợc chi
phí tăng li .Một số nhà cung cấp chính các loại dịch vụ
vụ này là Delta-3 , IDT , và USA
GlobalLink .Các nhà cung cấp dịch vụ này không nói rõ dịch vụ của họ là thoại Internet
và thờng sử dụng tuyến Internet nh một tuyến chính nhằm giảm chi phí vì nó là tuyến
rẻ nhất. Hàng triệu ngời không biết là mình đ từng sử dụng điện thoại Internet.
Điện thoại Internet cũng tạo cơ hội cho một số hng mới xâm nhập thị trờng nh
Bestelsmann ở Đức .Đối với các nhà vận hành mạng mới đang triển khai dịch vụ
Internet dung lợng cao,điện thoại Internet là một dịch vụ mới để cung cấp cho khách
hàng , doanh nghiệp và cơ sở để tiếp cận thị trờng dân c và SME. Đối với các nhà
cung cấp dịch vụ Internet ,đây là một dịch vụ bổ sung làm cơ sở cho việc cạnh tranh và
tạo nguồn thu mới.

Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

11




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Nhà cung cấp kết
nối toàn cầu

Nhà cung cấp
dịch vụ

Nhà môi giới

ISP& nhà cung

cấp ntruy nhập

Nhà vận hành mạng
trên phạm vi toàn

Nhà cung cấp truy
nh

ITSP
Khách hàng

Doanh nghiêp
SME &dân c

Hình 1-1 Chuỗi giá trị
Một chuỗi giá trị riêng đợc hình thành trong thế giới điện thoại Internet ,nơi
mà các nhà vận hành mạng trên phạm vi toàn cầu và các nhà môi giới dịch vụ cung cấp
kết nối ,thông tin cớc và quản lý mạng cho các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại
Internet có thể không sở hữu mạng truy nhập cho dịch vụ.Điều này làm chô các nhà
cung cấp mới thâm nhập thị trờng họ chỉ cần ký với một nhà môi giới ,thíêt lập một
POT 24 cổng dùng truy nhập máy chủ chạy Windows NT,sử dụng mạng có sẵn để truy
cập dịch vụ ( có thể các nhà vận hành mạng này cũng không biết điều gì đang diễn ra )
và có nguồn thu nhập ngay lập tức.Cho các nhà cung cấp dịch vụ có sở hữu mạng truy
nhập , hoặc đ có khách hàng ,việc trở thành nhà cung cấp dịch vụ điện thoại Internet
còn dễ dàng hơn nhiều với chỉ một ít đầu t và thời gian
Mặc dù hiện còn tơng đối nhỏ ( chỉ vài phần trăm của thị trờng vviễn
iễn thông ) , thị
trờng này đang tăng trởng nhanh chóng .Sự tăng trởng này đợc thúc đẩy do giá cả
và đặc biệt đối với một số tuyến .Nó đặc biệt thành công cho các tuyến kết nối tới các
nớc nơi mà không mở cửa thị trờng viễn thông cho cạnh tranh. ởđây ,các nhà cung

cấp dịch vụ thoại Internet có thể lợi dụng các kẽ hở trong quy định hay chỉ đơn thuần hi
vọng việc làm của mình không bị để ý.Tuy nhiên,điện thoại Internet không thể cạnh
tranh đợc các thị trờng có cạnh tranh mạnh và thừa dung lợng.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

12




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Điện thoại Internet hiện tác động đáng kể lên thời lợng cuộc gọi ở một số
tuyến và tác động này có thể còn tiếp tục tăng.
Điện thoại Internet có một số u điểm xét trên hiệu quả kỹ thuật và điều này
đồng nghĩa với việc cắt giảm phí vận hành :
Mạng IP tự động cắt qung lặng gói tin không dợc tạo ra khi không có âm
thanh .
Mạng IP có độ tin cậy cao
Cả hai điều trên cho thấy tính u việt của mạng IP so với mạng chuyển mạch
kênh ,đặc biệt khả năng tiết kiệm dung lợng và cắt giảm chi phí ,tài nguyên d thừa
.Tuy nhiên ,để điện thoại Internet có thể chiếm lĩnh đợc thị trờng thoại ,cần thiết phải
thay đổi toàn bộ cấu trúc của thị trờng Internet .
4000

IP
telephony

3500
3000
2500

Resale
and call
back

2000
1500
1000

PSTN

500
0
1998

1999

2000

2001

2002

2003



Hình 1-2

Thời lợng cuộc gọi từ USA đến JAPAN 19982000(Analysys,1998)

1.4 Xu hớng thị trờng thoại Internet trong tơng lai
Cứ mỗi năm trong suốt thập kỷ vừa qua ,Internet lại tăng gấp đôi quy mô của nó
.
Trong các công ty nghiên cứu thị trờng Internet ,thì có một nhận định thống nhất là
tổng doanh số bán trong năm 1996 là từ 2 tỷ đến 3 tỷ USD .Mục tiêu đặt ra là thị trờng
sẽ tăng trởng rộng lớn với dao động từ 110% đến 175% .Forrester dự đoán là đến năm
2001 ,trị giá giao dịch sẽ đạt ở mức 327 tỷ USD,Active Media là 314 tỷ USD...
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 13




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Theo ý kiến của Kelly của ITU ,thị trờng giao dịch thoại quốc tế đợc phân
thành 3 lĩnh vực sau:
Giữa các quốc gia ,những tập đoàn quốc tế nh Concert .Global One và
và AT&TUnisource sẽ chào bán thiết bị kết nối đầu cuối đến đầu cuối (end to end) .Những tập
đoàn này sẽ phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng tăng lên từ phía dịch vụ thoại
Internet ,từ các chủ
chủ các phơng tiện quốc tế ( chẳng hạn nh ngời điều hành vệ tinh
,các nhà điều hành cáp t nhân ...) bán trực tiêp cho khách hàng và từ phía các thị
trờng giao ngay với mức giá bán lại.
Đối với các cuộc gọi gốc ,cạnh tranh sẽ ngày càng trở lên gay gắt bỏi những ngời mới
thâm nhập thị trờng nh các call back, thoại Internet ,và những ngời bán lại thông
qua việc kêu gọi sử dụng card và bản quyền.
Đối với những đầu cuối cuộc gọi ,cạnh tranh sẽ bị chậm lại bởi vì các nhà độc quyền
trớc kia sẽ tiếp tục thống trị và định ra các mức giá cho các cuộc gọi quốc tế .Vị trí độc
quyền của họ sẽ bị suy yếu một cách chậm chạp nên sẽ phải mất một thời gian dài và
một lợng đầu t đáng kể để triển khai các mạng mới. Do vậy PTO vẫn định giá cao

nhất mà họ có thể cho các
cá c đầu cuối cuộc gọi khi mà họ vẫn đang ở vị trí độc quyền .
Theo ITU , thì việc kiểm tra khả năng tồn tại của thoại Internet và việc triển khai nó
một cách rộng ri là cách tốt nhất .Thậm chí các nhà cung cấp dịch vụ thoại Internet
hoặc các công ty phát triển phần mềm đều có thể mua các ISP.
Do u điểm giá thành rẻ và các dịch vụ mở rộng nh đ trình bày ở trên , dịch vụ thoại
Internet đ và đang tạo ra một thị trờng rộng lớn gồm mọi đối tợng sử dụng nh: các
thuê bao gia đình ,các doanh nghiệp ,các
,cá c tổ chức và các cơ quan nhà nớc...
Theo dự báo của IDC ,số các giao dịch quốc tế theo phơng pháp truyền thống sẽ
đạt
tỷ phút
cuối
1999,
vàtrên
hằngthịnăm
sẽ tăng
định của
ông79
Fischer
thìvào
tổng
giánăm
trị giao
dịch
trờng
là 6015%.Theo
tỷ USD . nhận
Các nguồn
tin

tơng tự cũng cho biết ,giao dịch qua Internet ngày nay đạt 198 triệu phút và sẽ
tăng lên ở mức 220% hàng năm.
Dự đoán thị trờng
trờng sẽ đạt ở mức 600 triệu
triệu USD vào cuối năm 1999.Khi đó
đó có
hơn 16 triệu ngời sử dụng. Tổng giá trị giao dịch qua thị trờng thoại qua
Internet dự đoán đạt mức 1.89 tỷ USD vào cuối năm 2001. Theo Frost & Sullivan
thị trờng sẽ đạt mức tăng trởng hàng năm là 149% trong 5 năm liền
Dự báo trong năm 2000 ,một số bộ phận lớn dân c sẽ sử dụng thoại Internet
.Chủ tịch kiêm giám đốc điều hành RSL COM ,Itzhak Fischer dự báo rằng đến
năm 2000 sẽ có 15% cuộc gọi thoại quốc tế đợc tiến hành qua Internet ,và một
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

14




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
số ngời cho rằng đến năm 2005 con số này sẽ tăng lên 34% .Phillip Tarifica
cũng báo cáo rằng số ngời sử dụng thoại truyền thống sẽ giảm do sử dụng
Email và thoại qua Internet .
Thị trờng điện thoại Internet sẽ tăng trởng và đạt doanh thu cỡ 2,7 tỷ USD vào
năm 2002 (Mc Kinsey Telecom Practice ).

Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

15

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Chapter 2

CHƯƠNG2 Công nghệ cơ sở
2.1 Kỹ thuật nén tín hiệu thoại
2.1.1 Tổng quan
Trong mạng điện thoại thông thờng tín hiệu đợc m hoá theo luật A hoặc luật
àvới tốc độ 64kbs .Với cách m hoá này ,cho phép khôi phục một cách tơng đối trung
thực các âm thanh trong giải tần tiếng nói .Tuy nhiên trong một số ứng dụng đặc biệt
yêu cầu truyền âm thanh với tốc độ thấp hơn ví dụ nh truyền tín hiệu thoại trên
Internet .Từ đó đ xuất hiện một số kỹ thuật m hoá và nén tín hiệu tiếng nó xuống tốc
độ thấp cụ thể
th ể nh G.723.1,G.729A,GSM...
Về cơ bản các bộ m hoá tiếng nói có ba loại :m hoá dạng sóng (waveform)
,m hoá nguồn (source)và m hoá lai (hybrid) (có nghĩa là kết hợp cả hai loại m hoá
dạng trên ).
Nguyên lý của m hoá dạng sóng là m hoá dạng sóng của tiếng nói.Tại phía
phát ,bộ m hóa sẽ nhận các tín hiệu nói tơng tự liên tục và m thành tín hiệu số trớc
khi truyền đi.Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngợc lại để khôi phục tín hiệu tiếng nói.Khi
không có lỗi truyền dẫn thì dạng sóng của tiếng nói khôi phục sẽ rất giống với dạng
sóng tiếng nói gốc.Cơ sở của bộ m hoá dạng sóng là :nếu ngời nghe nhận đợc một
bản sao dạng sóng của tiếng nói gốc thì chất lợng âm thanh sẽ rất tuyệt vời.Tuy nhiên ,
trong thực tế,qúa trình m hoá lại sinh ra tạp âm lợng tử (mà thực chất là một dạng
méo dạng sóng ),song do tạp âm lợng tử này thờng đủ nhỏ để không ảnh hởng đến
chất lợng tiếng nói thu đợc.Ưu điểm của bộ m hoá loại này là :độ phức tạp,giá thành
thiết kế ,độ chễ và công suất tiêu thụ thấp.Ngời ta có thể áp dụng chúng để m các tín
hiệu khác nh: tín hiệu báo hiệu,số liệu ở giải âm thanh...và đặc biệt với những thiết bị

ở điều kiện nhất định thì chúng còn có khả năng m hoá đợc cả tín hiệu âm nhạc .Bộ
m hoá dạng sóng đơn giản nhất là điều chế xung m (PCM).điều chế Delta (DM)...Tuy
nhiên , nhợc điểm của bộ m hoá dạng sóng là không tạo đợc tiếng nói chất lợng
cao tại tốc độ bit dới 16 kbps ,mà điều này đợc khắc phục ở bộ m hoá
nguồn.Nguyên lý bộ m hoá nguồn là m hóa kiểu phát âm(vocoder),ví dụ nh bộ m
hoá dự báo tuyến tính (LPC).Các bộ m hoá này có thể thực hiện đợc tại tôc độ bít cõ
2 Kbps .Hạn chế chủ yếu của m hoá kiểu phát âm LPC là giả thiết rằng: tín hiệu tiếng
nói bao gồm cả âm hữu thanh và vô thanh.Do đó ,đối với âm hữu thanh thì nguồn kích
thích bộ máy phát âm sẽ là một dy xung ,còn đối với các âm vô thanh thì nó sẽ là một
nguồn nhiễu ngẫu nhiên.Trong thực tế , có rất nhiều cách để kích thích cơ quan phát âm
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

16




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
.Và để đơn giản hoá,ngời ta giả thiết rằng chỉ có một điểm kích thích trong toàn bộ
giai đoạn lên giọng của tiếng nói ,dù cho đó là âm hữu thanh hay vô thanh.
Vào năm 1982 .Atal đ đề ra một mô hình mới về kích thích ,đợc gọi là kích
thích đa xung.Trong mô hình này ,không cần biết trớc đó là âm hữu thanh hay vô
thanh ,đó có phải là giai đoạn lên giọng hay không.Sự kích thích đợc mô hình hoá bởi
một số xung (thông thờng là 3 xung trên 5ms ) có biên độ và vị trí đợc xác định bằng
cực tiểu hoá sai lệch ,có tính đến trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng
hợp.Việc đa ra mô hình này đ tạo lên một sự chú ý to lớn và đó là mô hình đầu tiên
của một thế hệ mới của các bộ m hoá tiếng nó phân tích bằng tổng hợp.Chúng có khả
năng cho tiếng nói chất lợng cao tại tốc độ bit quanh 10 kbps và có thể đến tận 4,8
kbps.Tín hiệu kích thích sẽ đợc tối u hoá một cách kỹ lỡng và ngời ta sử dụng kỹ
thuật m hoá dạng sóng để m hoá tín hiệu kích thích này một cách có hiệu quả..Hình

2.1 đa ra mô hình tổng quát của m hoá tiếng nói theo phơng pháp LPC phân tích
tổng hợp.

Bộ tạo tín hiệu

kích thích

u(n)

Tiếng nói gốc



Bộ lọc tổng hợp

S*(n)



e(n) Tính trọng ew(n)
số sai số

Cực tiểu hoá sai
số

a/ Bộ mã hoá
Bộ tạo tín hiệu
kích thích

S* (n)

Tiéng nói tông hợp

Bộ lọc tổng hợp

b/ Bộ Giải mã

Hình 2-1 Mô hình mã hoá tiếng nói LPC phân tích bằng tổng hợp
Trong đó

u(n) :tín hiệu kích thích
S*(n): :tín hiệu tiếng nói tổng hợp
S(n) : Tín hiệu tiếng nói gốc
Ew(n ) :tín hiệu sai số

Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

17




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Mô hình bao gồm 3 phần chính:
Phần thứ nhất : Bộ lọc tổng hợp LPC ,là bộ lọc toàn cục biến đổi theo thời gian
để mô hình hoá đờng bao phổ ngắn hạn của dạng sóng tiếng nói .Đầu ra của nộ
lọc tổng hợp là tín hiệu nói tổng hợp.
Phần thứ 2 : Bộ tạo kích thích .Bộ này sẽ cho ra dy kích thích cấp cho bộ lọc

tổng hợp để tạo ra tiếng nói tái tạo ở máy thu.Việc kích thích sẽ đợc tối u hoá
bằng các cực tiểu hoá sai lệch,các tính trọng số thụ cảm,giữa tiếng nói gốc và
tiếng nói tổng hợp.
Phần thứ 3 : Thur tục đợc sử dụng trong việc tối thiểu hoá sai lệch (Gồm 2 khối
:tính trọng số sai số và cực tiểu hoá sai số). Tiêu chuẩn cục tiểu hoá sai lệch đợc
sử dụng rộng ri nhất là sai lệch bình phơng trung bình (mes:mean squared
error).Trong mô hình này ,tiêu chuẩn cực tiểu hoá sai số đợc sử dụng là :tín hiệu
sai lệch ew(n) đợc đa qua một bộ lọc đánh giá trọng số sai số ,có tính trọng số
thụ cảm ,và bộ lọc này sẽ tạo dạng phổ tạp âm theo một cách nào đó để công suất
tín hiệu sẽ tập chung nhất tại các tần số formant của phổ tiếng nói.
Thủ tục m hoá:bao gồm 2 bớc :bớc 1 :thông số của bộ lọc tổng hợp đợc xác định
từ mẫu tiếng nói.Bớc 2 :dy kích thích tối u đối với bộ lọc này đợc xác định bằng
cách cực tiểu hoá sai số,có tính trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng
hợp.Khoảng thời gian tối u hoá kích thích khoảng 4ữ7.5 ms, thấp hơn khung thời gian
cập nhật thông số LPC.Khung tiếng nó đợc chia thành nhiều khung con ,việc kích
thích đợc xác định riêng rẽ cho từng khung con .Các tham số của bộ lọc và tín hiệu
kích thích sẽ đợc lợng tử hoá trớc khi gửi đến phía thu
Thủ tục giải m:Cho
:Cho tín hiệu kích thích đ đợc giải m qua bộ lọc tổng hợp để tiếng
nói đợc khôi phục.

Có rất nhiều phơng pháp mô hình hoá sự kích thích:Phơng pháp kích thích đa xung
(MPE),phơng pháp kích thích xung đều (RPE),phơng pháp dự đoán tuyến tính kích
thích m (CELP).ở đây em chỉ đề cập đến phơng pháp dự đoán tuyến tính kích thích
m CELP. Hiện nay phơng pháp này đ trở thành công nghệ chủ yếu cho m hoá tiếng
nói tốc độ thấp.

2.1.2 Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP
Tín hiệu kích thích là một mục từ của một bảng m rất lớn đợc phân bố một cách ngẫu
nhiên .

Sơ đồ nguyên lý của phơng pháp tổng hợp CELP
C ELP đợc đa ra trong hình 2.2
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

18




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Bảng m thích ứng



Khuếch đại



u(n)

Bộ lọc tổng
hơp

S*(n) Tiếng nói tổng hợp

Trễ khung
con

Khuếch đại

Bảng m ngẫu nhiên

Hình 2-2 Sơ đồ nguyên lý của phơng pháp tổng hợp CELP
Tại phía phát :Các tham số của bộ lọc tổng hợp cùng tăng ích và độ trễ của các
bảng m (bao gồm bảng m thích ứng và bảng m ngẫu nhiên )đợc truyền đi .Tại phía
thu :cũng sử dụng những bảng thích ứng và ngẫu nhiên nh thế để xác định tín hiệu
kích thích tại lối vào bộ lọc tổng hợp LPC để tạo tiếng nói tổng hợp.
Bảng m kích thích gồm L từ m (là các véc tơ ngẫu nhiên ) có độ dài N mẫu (thông
thờng L=1024,N=40 mẫu ứng với một khung kích thích 5ms) .Bằng cách tìm kiếm
triệt để toàn bộ bảng m ngẫu nhiên ngời ta sẽ chọn đợc tín hiệu kích thích của một
khung tiếng nói dài N mẫu.Bộ lọc tổng hợp đ tính trọng số đợc cho bởi :
P

w(z ) = 1/A(z/) = 1/(1



( a k k z k )

k=1

Trong đó :
là một phân số từ 0 đến 1.
{ak} là các tham số bộ lọc tổng hợp LPC hay còn gọi là hệ số dự đoán.
P là bậc của bộ lọc tổng hợpLPC hay
hay bậc của bộ dự đoán.

Sau khi đ xác định đợc các tham số của bảng m thích ứng ( bao gồm có tăng ích và
độ trễ lên giọng) thì tiếng nó tổng hợp đ tính trọng số s*(n) đợc cho là :
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

19




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
s * ( n) = ck ( n) * h( n) + Gy ( n) + s0 * ( n)
Trong đó :

Tích
là không
nhớ. với chỉ số k.
ck(n) chập
là từ m
kích thích
là hệ số tỷ lệ.
h(n) là phản ứng xung của bộ lọc tổng hợp đ tính trọng số W(z).
s0*(n) là phản ứng lối vào của bộ
b ộ lọc tổng hợp đ tính trọng số.
G là tăng ích của bảng m thích ứng.
y(n) = c(n)*h(n) là phản ứng trạng thái không của bộ lọc tổng hợp đ tính trọng số
với từ m c(n) đợc lựa chọn từ bảng m thích ứng.
Sai số đ tính trọng số giữa tiếng nó tổng hợp và tiếng nói gốc đợc cho bởi:

e- ( n) = s (n) s * (n)
Trong đó:

s*(n) : Tín hiệu tiếng nói tổng hợp
s(n) : Tín hiệu tiếng nói gốc.
ew(n) : Tín hiệu sai số
Sau đó sai số này sẽ đợc cực tiểu hoá bằng phơng pháp sai lệch bình phơng trung
bình (mes):
N 1

E =

[e

( n ) ]
2

n=0

Độ phức tạp của bộ m hoá này tăng khi tốc độ bit giảm.Thí dụ CELP có thể cho tiếng
nói tốc độ thấp tới 4.8 kbps với trả giá rất cao về đòi hỏi tính toán do : tín hiệu kích
thích tối u đợc tìm kiếm thông qua bảng m rất lớn (kích thớc bảng m thờng gồm
khoảng 1024 mục từ ) .Đối với bảng m có 1024
1024 từ m và một khung kích thớc 40
mẫu thì cần thực hiện khoảng 40.000 phép nhân để
đ ể soát bảng m .
Có thể nhận xét rằng : nhợc điểm của phơng pháp CELP là : có một thủ tục đòi hỏi
tính toán rất lớn rất khó có thể thực hiện trong thời gian thực .Vậy có một phơng pháp
đơn giản hoá thủ tục soát bảng m sao cho không ảnh hởng tới chất lợng tiếng nói
.Đó là phơng pháp sử dụng các bảng m đại số ACELP (Algebraic CELP) trong đó các
bảng m đợc tạo ra nhờ các m sửa lỗi nhị phân đặc biệt .Và để nâng cao hiệu quả rà
soát bảng m,ngời
m,ngời ta sử dụng các bảng m đại số có cấu liên kết CS-ACELP

(Conjugate-Structure ACELP) .Khuyến nghị ITU G.729 đa ra nguyên lý của bộ m
hoá tiếng nói sử dụng phơng pháp CS-ACELP m hoá tiếng nói tốc độ thấp 8kbps.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

20




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)

2.1.3 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP
Tín hiệu PCM 64 kbps đầu vào (theo quy luật A hoặc à) qua bộ m hoá thuật toán CSACELP ,đợc lẫy mẫu tại tần số 8khz ,sau đó qua bộ chuyển đổi thành tín hiệu PCM
đều 16 bit đa tới đầu vào bộ m hoá .Tín
.Tín hiệu đầu ra bộ giải m sẽ đợc chuyển đổi
đổi
thành tín hiệu PCM (theo quy luật A hoặc à) theo đúng tín hiệu vào .Các đặc tính đầu
vào / đầu ra khác ,giống tín hiệu PCM 64 kbps (theo khuyến nghị ITU G.711),sẽ đợc
chuyển đổi thành tín hiệu ra PCM theo đúng quy luật của tín hiệu
hi ệu đầu vào ở bộ giải m .
2.1.3.1 Nguyên lý chung cuả bộ mã hoá
Bộ m hoá CS-ACELP dựa trên cơ sở của bộ m dự báo tuyến tính kích thích m CELP
.
Bộ m hoá CS-ACELP thực hiện trên các khung tiếng nói chu kỳ 10 ms tơng đơng
với 80 mẫu tại tốc độ lâý mẫu 8000 mẫu /s.Cứ mỗi một khung 10 ms ,tín hiệu tiếng nó
lại đợc phân tích để trích lấy các tham số của bộ m CELP (đó là :các hệ số của bộ lọc
dự báo thích ứng ,chỉ số các bảng m cố định và bảng m thích ứng cùng với tăng ích
của bảng m ). Các tham số này sẽ đợc m hoá và truyền đi.Sự phân bố bit của các
tham số m hoá đợc trình bầy ở bảng
b ảng 2.1.3.1

Số bit
trong
khung
con 1

Số bit
trong
khung
con 2

Tổng số
bit trong
1 khung

Tham số

Từ m

Các cặp vạch phổ
Độ trễ m thích ứng
Độ chẵn lẻ trễ trớc
Chỉ số m cố định
Dấu m cố định
Các độ khuếch đại m
(bớc1)
Các độ khuếch đại m
(bớc2)
Tổng cộng

L0,L1,L2,L3
P1,p2
P0
C1,C2
S1,S2
GA1,GA2

8
1
13
4
3

5
13
4
3

18
13
1
26
8
6

GB1,GB2

4

4

8
80

bảng 2.1.3.1 Sự phân bố bit của các tham số của thuật toán CS-ACELP tốc độ 8
kbit/s (khung 10 ms)
Tại phía thu :sử dụng các tham số này để khôi phục các tham số tín hiệu kích thích và
các tham số của bộ lọc tổng hợp .Tín hiệu tiếng nói sẽ đợc khôi phục bằng cách lọc
các tham số tín hiệu kích thích này thông qua bộ lọc tổng hợp ngắn hạn.
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

21




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Bộ lọc tổng hợp ngắn hạn dựa trên cơ sở bộ lọc dự báo tuyến tính LP bậc 10 .Bộ lọc
tổng hợp dài hạn ,hay bộ lọc tổng hợp độ cao dung cho việc làm tròn m thích ứng .Sau
khi khôi phục ,nhờ bộ lọc sau tiếng nói sẽ làm tăng độ trung thực.
2.1.3.2 Nguyên lý bộ mã hoá CS-ACELP
Sơ đồ khối bộ m hoá đợc mô tả nh hình 2.3

Khối tiền
xử lý

tiếng nói
đầu vào

Khối tổng hợp LP

sự lợng
lợng tử hoá và
nội suy

LPC info
Bộ lọc
tổng hợp

Bảng m
cố định
Gc
Bảng m
thích ứng

+

+

Gp
Bộ lọc tổng
hợp độ cao
Tìm bảng
m cố định

Sự lợng tử
hoá độ
khuếch đại

LPC info
Độ cảm
nhận

Sự lợng tử hoá
độ khuếch đại


luồng bit
phát đi

LPC info

Hình 2-3Sơ đồ khối bộ mã hoá
Tín hiệu đầu vào đa qua bộ tiền xử lý ,bộ này có hai chức năng :lọc thông cao
và tính toán tín hiệu.Tín hiệu đầu ra bộ tiền xử lý là tín hiệu
hi ệu đầu vào của các khối tổng
hợp tiếp sau.Sự tổng hợp dự báo tuyến tính (LP)đợc thực hiện một lần trong một khung
10ms để tính các hệ số của bộ lọc dự báo tuyến tính (LP).Các hệ số này đợc biến đổi
thành các cặp vạch phổ (LSP) và đợc lợng tử bằng phơng pháp lợng tử hoá véc tơ
dự báo hai bớc (VQ) 8 bit.Tín
b it.Tín hiệu kích thích đợc lựa chọn bằng cách cực tiểu
t iểu hoá sai
số ,có tính đến trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp.Các tham số
kích thích (gồm :bảng m cố định và bảng m thích ứng)đợc xác dịnh qua từng khung
con 5ms(tơng đơng 40mẫu).Các hệ số của bộ lọc LP đ đợc lợng tử và cha đợc
lợng tử đợc sử dụng cho phân khung thứ 2 ,còn tại phân khung thứ nhất các hệ số của
bộ lọc LP đ đợc nội suy sẽ đợc sử dụng (trong cả hai trờng hợp đ lợng tử và cha
lợng tử).Độ trễ bớc mạch vòng hở sẽ đợc tính toán một lần trong một khung 10ms
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 22

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
dựa trên độ lớn tín hiệu thoại .Sau đó các phép tính này sẽ lặp lại trong từng phân khung
tiếp theo.Tín hiệu ban đầu x(n) đợc tính bằng các lọc độ d LP thông qua bộ lọc tổng
hợp W(z)/A(z).Trạng thái ban đầu của bộ lọc này Là Tín hiệu lỗi giữa tín hiêu d LP và
tín hiệu kích thích .Sự phân tích bớc của mạch vòng đóng sẽ thực hiện sau đó (để tìm
độ trễ m thích ứng và độ khuếch đại )dùng tín hiệu ban đầu x(n) và đặc tuyến xung
h(n) ,bằng cách làm tròn giá trị độ trễ bớc của mạch vòng hở.Độ trễ bớc đợc m hoá
bằng m 8 bit trong phân khung thứ nhất ,độ vi sai của độ trễ đợc m hoá bằng m 5
bit trong phân khung thứ 2 .Tín hiệu x(n) là tín hiệu của 2 tín hiệu :tín hiệu ban đầu
x(n) và tín hiệu m thích ứng là tín hiệu m cố định.Tín hiệu này đợc dùng trong việc
tìm tín hiệu kích thích tối u .Giá trị kích thích m cố định đợc m hoá bằng m đại số
17 bit(trong đó :chỉ số bảng m cố định đợc m hoá bằng từ m C1,C2-13 bit ; Dấu
bảng m cố định đợc m hoá bằng từ m S1,S2-3bit).Các bộ khuếch đại bảng m cố
định và bảng m thích ứng đợc lợng tử hoá bằng véc tơ 7 bit(Trong đó:ở bớc 1 đợc
m hoá bằng từ m GA1,GA2 -3 bit ; ở bớc 2 đợc m hoá bằng từ m GB1,GB2-4 bit
).tại đây sự dự đoán trung bình động MA cho bộ khuếch đại m cố định .Cuối cùng ,dựa
vào các bộ nhớ lọc sẽ xác định
đị nh đợc tín hiệu kích thích.
2.1.3.3 Nguyên lý bộ giải mã CS-ACELP
Sơ đồ khối của bộ giải m đợc mô tả trong
t rong hình 2.4
Bảng m cố
định
Gc

Bộ lọc

ngắn
hạn

bộ xử lý
trạm

Bảng m thích
ứng
Gp

Hình 2-4Sơ đồ nguyên lý của bộ giải
g iải mã CS-ACELP
Đầu tiên ,các chỉ số của các tham số đợc trích ra từ buồng bit thu.Các chỉ số
này sẽ đợc giải m để thu lại các tham số của bộ m hoá trong 1 khung tiếng nói 10
ms .Các tham số đó là :các hệ số LSP ,2 phần độ trễ bớc(độ trễ bớc và độ vi sai của
độ trễ bớc),2 vec tơ bảng m cố định (chỉ số m cố định và chỉ số bảng m cố định ),và
2 tập hợp độ khuếch đại bảng m cố định và bảng m thích ứng .Các hệ số LSP đợc
nội suy và đợc chuyển đổi thành các hệ số bộ lọc LP cho mỗi phân khung.Sau đó ,cứ
mỗi phân khung thực hiện các bớc tiếp theo:
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

23




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Giá trị kích thích đợc khôi phục là tổng của véc tơ bảng m cố định và bảng m thích
ứng nhân với các giá trị khuếch đại tơng ứng của chúng.
Tiếng nói đợc khôi phục bằng cách lọc giá trị kích thích này thông qua bộ lọc tổng

hợp LP
Tín hiệu tiếng nói khôi phục đa qua bớc xử lý trạm ,bao gồm bộ lọc thích ứng dựa
trên cơ sở các bộ lọc tổng hợp ngắn hạn và dài hạn ,sau đó qua bộ lọc thông cao và bộ
nâng tín hiệu.

Bảng 1.2 :Các tham số của
c ủa bộ mã và giải mã CS-ACELP
ký
hiệu

mô tả

các
bit

L0
L1
L2
L3
P1
P0
S1
C1
GA1
GB1
P2
S2
C2
GA2
GB2

Các chỉ số dự báo MAchuyển mạch của bộ lợng tử LPS
Vec tơ bớc đầu tiên của bộ lợng tử LPS
Vec tơ thấp bớc thứ hai của bộ lợng tử LPS
Vec tơ cao bớc thứ hai của bộ lợng tử LPS
Độ trễ lên giọng của khung con thứ nhất
Bit chẵn lẻ dành cho độ trễ lên giọng
Dấu của các xung bảng m cố định của khung con thứ nhât
Bảng m cố định của khung con thứ nhất
Khuếch đại bảng m (bớc 1 )của khung con thứ nhât
Khuếch đại bảng m (bớc 2 )của khung con thứ nhât
Độ trễ lên giọng của kkhung
hung con thứ hai
Dấu của các xung bảng m cố định của khung con thứ hai
Bảng m cố định của khung con thứ hai
Khuếch đại bảng m (bớc 1)của khung con thứ hai
Khuếch đại bảng m (bớc 2)của khung con thứ hai

1
7
5
5
8
1
4
13
3
3
5
4

13
3
4

2.1.4 Chuẩn nén G.729A
G.729A là thuật toán m hoá tiếng nói tiêu chuẩn cho thoại và số liệu đồng thời số hoá
(DSVD). G.729A là sự trao đổi luồng bit với G.729 ,có nghĩa là :tín hiệu đợc m hoá
bằng thuật toán G.729A có thể đợc giải m thông qua thuật toán G.729 và ngợc
lại.Giống nh G.729 ,nó sử dụng thuật toán dự báo tuyến tính m kích thích đại số đợc
cấu trúc liên kết (CS-ACELP) với các khung 10ms.Tuy nhiên ,một vài thuật toán thay
đổi sẽ đợc giới thiệu mà kết quả của các thuật toán này làm giảm 50% độ phức tạp .
Nguyên lý chung của bộ m hóa và giải m của thuật toán G.729A giống nh G.729
.Các thủ tục lợng tử hoá và phân tích LP của bộ khuếch đại bảng m cố định và thích
ứng giống nh G.729.Các thay đổi thuật toán so vơi G.729 sẽ tổng kết nh sau:
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

24




Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet ( Internet Telephony)
Bộ lọc trọng số thụ cảm sử dụng các tham số bộ lọc LP đ lợng tử và đợc biểu diễn là
Ư(z) =A(z)/A(z/
=0,75.
) vói giá trị =0,75.
Phân tích độ lên giọng mạch vòng hở đơn giản hoá bằng cách sử dụng phơng pháp
decimation (có nghĩa là trích lấy 10 mẫu ) trong khi tính sự tơng quan của tiếng nó
trọng số.
Các tính toán phản ứng xung của bộ lọc tổng hợp trọng số W(z)/A(z) ,của tín hiệu ban

đầu ,và việc thay thế W(z) bằng 1/A(z/
).
).
Việc tìm bảng m thích ứng đợc đơn giản hoá .Việc tim sẽ cực đại hoá giá trị tơng
quan giữa kích thích trớc và tín hiệu ban đầu lọc trớc ( năng lợng của kích thích
trớc lọc là không đáng kể ).
Việc tìm bảng m cố định đợc đơn giản hoá.Thay vì tập trung ở mạch vòng tổ ong
,giải pháp tìm sơ đồ hình cây độ sâu trớc đợc sử dung.
Tại bộ giải m , hoạ ba của bộ lọc sau sẽ đợc đơn giản bằng cách sử dụng chỉ các độ
trễ nguyên.
Chức năng
Tiền xử lý
Phân tích LP
Lợng tử hoá và nội suy LSP
Biến đổi LSP thành A(z) & trọng số
Lên giọng mạch vòng hở
Lên giọng mạch vòng đóng
Bảng m đại số
Lợng tử hoá các bộ khuếch đại
Tìm kích thích và cập nhật bộ nhớ
Tổng Cộng (mã hoá)
Giải m
Bộ lọc sau

WPOPS
G.729
0,20
1,63
0,95
0,30

1,45
5,83
6,35
0,46
0,21
14,38
0,68
2,13

Xử lý sau
Tổng cộng giải mã
Tổng cộng (mã hoá +giải mã)

0,22
3,03
17,41

G.729A
0,20
1,28
0,95
0,12
0,82
1,55
1,86
0,46
0,08
7,32
0,68
0,73

C50 MIPS
G.729
0,226
1,957
1,390
0,461
1,563
3,453
8,406
0,643
0,278
18,377
1,133
2,539

G.729A
0,226
1,696
1,390
0,173
0,955
1,778
3,046
0,643
0,112
10,019
1,133
1,000

0,22
1,63
8,95

0,266
3,938
22,315

0,226
2,399
12,418

Bảng 2.3 Các thông số WMOPS và MIPS của G.729 và G.729A .
MIPS :(Million Instructions Per Second ) : triệu câu lệnh trên một giây
WMOPS: (Weighted Milion Operations Per Second): triệu thao tác trên 1 giây.
Cả hai bộ m hoá G.729 và G.729A đ đợc thử nghiệm trên vi mạch T1TMS320C50
DSP.Trong thử nghiệm USH, thuật toán m hoá song công G.729A yêu cầu 12,4 MIPS,
trong khi G.729 yêu cầu 22,3 MIPS .Việc giảm độ phức hợp của cả hai bộ m hoá G.729
Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

25