CN100384183C - 在网关上传输数据的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在网关上传输数据的方法及系统，所述系统包括由话音编码器和非话音编码器组成的编码器、VAD模块、系统控制器、开关模块、解码器、数据缓存模块，所述方法为：将数据信号送入编码器之前由系统控制器缓存t2时间，所述的t2时间为VAD模块判断退出静音阶段晚于所述数据信号真正退出静音阶段的时间；VAD模块判断进入静音阶段后，延迟t1+t2时间再将数据信号由话音编码器切换到非话音编码器，所述的t1时间为静音检测模块判断进入静音阶段的时刻早于数据信号真正进入静音阶段的时间。本发明将静音压缩技术应用到数据业务的透传方式后，将节省至少一半的带宽，大大提高了数据透传方式的可用性。

Description

在网关上传输数据的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种在网关上传输数据的方法及系统，尤其是一种在网关上通过透传方式传输数据的方法及系统。

背景技术

网络技术的飞速发展，使得利用分组技术来传输多媒体成为可能并变成现实。传统通讯技术和分组技术融合趋势越来越明显，由于传统的通讯网络和现代分组通讯网络中传输的媒体流编码方式不同，因此在传统网络和分组网络的结合点需要编解码器进行媒体流编码方式的转换，实现这种转换的设备我们称之为网关。

目前网关处理的媒体流主要包括：语音流、数据流、视频流等，其中的数据流主要是指传真机、modem等数据设备在交互过程中发出的信号，目前业界通过网关传递数据流的方式主要有：透传方式和T.38方式。

透传方式是指通过ITU-T G.711协议规定的编解码方式，把数据流作为普通的语音流进行无损的编解码处理。这种方式的优点是实现简单，不用关心具体数据信号的含义，只当作语音进行处理就可以了，对网关的处理能力消耗非常小；缺点是占用带宽大，受IP网络波动影响比较大，难以抵御IP网络上出现的丢包和时延变化，这种方式可以应用在对各种数据设备数据流的处理。

T.38方式是指通过ITU-T T.38协议，把传真机发出的遵循ITU-T T.30协议的传真信号转化为适合IP承载网络传输的T.38传真报文进行传输的方式。这种方式的优点是因为采用了比较适合IP承载网络传输的T.38报文对传真数据流进行传输，对IP网上出现各种损伤的抵御能力比较强，较大提高了传真的成功率和稳定性；缺点是实现比较复杂，对网关的处理能力消耗比较大，而且只能应用于普通传真业务，对于modem和高速传真等其它数据业务，只能依赖于透传方式实现。

随着数据业务的不断发展，数据业务的种类层出不穷，由于T.38方式只能应用于普通传真业务的局限性，透传方式以其实现简单、应用范围宽的特点，越来越受到大家的重视。随之而来的就是对其应用优化的研究，比如根据RFC2198协议实现对G.711报文的冗余处理、在报文接收方实现静态Jitter Buffer等方法，透传方式抵御IP网络上出现的丢包和时延变化的能力已经显著提高。

但是透传方式占用带宽大的问题却一直没有得到很好的解决。因为采用ITU-T G.711协议规定的编解码方式，在没有采用RFC2198冗余的情况下，占用带宽为64k bps，冗余1帧时占用带宽为128k bps，冗余2帧时占用带宽高达192k bps，这对于很多带宽有限的应用场合是难以接受的。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提出一种在网关上传输数据的方法及系统，降低透传方式占用的带宽，提高数据透传方式在传输数据时的可用性。

为实现上述目的，本发明提供一种在网关上通过透传方式传输数据的方法，该方法涉及到的通信系统包括静音检测器(VAD)模块、系统控制器、由话音编码器和非话音编码器组成的编码器、由话音解码器和非话音解码器组成的解码器，该方法包括以下步骤：

步骤1、将数据信号送入编码器之前由系统控制器缓存t2时间，同时VAD模块对该数据信号进行检测，该数据信号缓存t2时间后送入编码器，所述的t2时间为数据信号退出静音阶段晚于该数据信号真正退出静音阶段的时间；

步骤2、如果VAD模块检测该数据信号为非静音信号时，由所述VAD模块控制该数据信号进入话音编码器进行编码，经过通信信道的传输，在解码端由话音解码器解码后输出；如果VAD模块在检测该数据信号时，判断该数据信号进入静音阶段后，延迟t1+t2时间将该数据信号由话音编码器切换到非话音编码器进行编码，经过通信信道传输，在解码端由非话音解码器解码后输出。

所述的t1时间为VAD模块判断该数据信号进入静音阶段的时刻早于该数据信号真正进入静音阶段的时间。

上述的t1时间、t2时间由VAD模块根据静音检测算法对数据信号进行测定得到，所述t2时间由VAD模块传送给系统控制器。并且，当测定得到的数据信号进入静音阶段的时刻早于该数据信号真正进入静音阶段的时间和数据信号退出静音阶段晚于该数据信号真正退出静音阶段的时间为一个以上时，所述的t1时间、t2时间分别为上述一个以上的相应时间的最大值。

本发明还提出了一种在网关上通过透传方式传输数据的系统，包括数据缓存模块、VAD模块、编码器、开关模块、系统控制器、通信信道和解码器，所述的编码器包括话音编码器、非话音编码器，所述的解码器包括话音解码器和非话音解码器，所述系统控制器分别与VAD模块、编码器、通信信道、解码器和数据缓存模块连接，所述数据缓存模块用于根据系统控制器的控制信号将在输入信道内传输的数据信号进入编码器之前缓存t2时间；

所述开关模块包括编码端开关和解码端开关，根据静音检测器模块的控制信号，编码端开关选择连接数据缓存模块与话音编码器以及连接话音编码器与通信信道，解码端开关选择连接通信信道与话音解码器以及连接话音解码器与输出信道；或者编码端开关选择连接数据缓存模块与非话音编码器以及连接非话音编码器与通信信道，解码端开关选择连接通信信道与非话音解码器以及连接非话音解码器与输出信道；

所述VAD模块用于检测输入信道的数据信号，如果该数据信号为非静音信号时，控制开关模块使该数据信号进入话音编码器进行编码，经过通信信道的传输，在解码端由话音解码器解码后由输出信道输出；如果在检测该数据信号时，判断该数据信号进入静音阶段后，延迟t1+t2时间将该数据信号由话音编码器通过开关模块切换到非话音编码器进行编码，经过通信信道的传输，在解码端由非话音解码器解码后由输出信道输出，所述t1时间为VAD模块判断该数据信号进入静音阶段的时刻早于该数据信号真正进入静音阶段的时间，所述t2时间为数据信号退出静音阶段晚于该数据信号真正退出静音阶段的时间。

另外，在所述VAD模块内还可以包括延迟单元，用于当所述VAD模块判断该数据信号进入静音阶段后延迟t1+t2时间。

在数据业务应用中，数据的传输一般都是半双工的，即在一方发送数据的时候，另一方处于接收状态，不会向对方发送数据，根据本发明所述的方法和系统，将语音压缩技术改进后应用到数据业务的透传方式，将节省至少一半的带宽，大大提高了数据透传方式的可用性。

附图说明

图1为现有技术中的采取静音压缩技术的语音信号在通信系统中传输的原理框图；

图2为采用图1所示系统时语音信号输入和输出的对比示意图；

图3为本发明的流程图；

图4为采用本发明所述方法的步骤1后的数据信号输入和输出的对比示意图；

图5为采用本发明所述方法后数据信号输入和输出的对比示意图；

图6为本发明所述系统的原理框图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例和附图对本发明进行详细的说明。

本发明提供一种在网关上通过透传方式传输数据时降低带宽的方法，本发明所述方法如图3所示，数据信号输入和输出的对比示意图如图4、图5所示，当有信号通过输入信道输入时，先该数据信号缓存t2时间，所述t2时间为数据信号退出静音阶段晚于该数据信号真正退出静音阶段的时间；并判断是否进入静音阶段，如果没有，VAD模块检测该数据信号为非静音信号时，由所述VAD模块控制该数据信号进入话音编码器进行编码，经过通信信道的传输，在解码端由话音解码器解码后输出，如果检测到静音阶段时，延迟t1+t2时间将该数据信号由话音编码器切换到非话音编码器进行编码，经过通信信道传输，在解码端由非话音解码器解码后输出，该输出的数据信号为b2。

具体地，首先由系统控制器从VAD模块获得数据信号a1退出静音阶段A的时刻比真正退出静音阶段A的时刻晚t2时间和VAD模块判断数据信号a1进入静音阶段A的时刻比真正进入静音阶段A的时刻早t1时间。这里所述的t1时间、t2时间在数据传输时是确定的，不随数据信号的不同而动态变化，其确定方法为：由VAD模块根据静音检测算法对数据信号进行测定，不同的数据信号可能会有不同的t1时间、t2时间，当与所述的t1时间、t2时间相对应的时间有一个以上时，分别取其中的最大值做为t1时间、t2时间。也就是说，t1时间、t2时间是由VAD模块的性能确定的。

确定了t1时间、t2时间之后，解决退出静音阶段A时丢失信号的问题。因为VAD模块判断退出静音阶段A的时刻比真正退出静音阶段A的时刻晚t2时间，所以需要将数据信号a1送入编码器之前缓存t2时间，保证在VAD模块判断退出静音阶段时，非静音数据信号a1刚刚到达编码器。完成此步骤后，重构数据信号b1与原始数据信号a1的对比示意图如图4所示。

再解决进入静音阶段时丢失信号的问题。因为VAD模块判断进入静音阶段A的时刻比真正进入静音阶段A的时刻早t1，所以在VAD模块判断进入静音阶段A后，延迟t1时间再将数据信号a1由话音编码器切换到非话音编码器。考虑到为了解决退出静音阶段时丢失信号的问题，数据信号a1有一个t2时间的缓存，相当于VAD模块判断进入静音阶段A的时刻比送入编码器的信号进入静音阶段A的时刻早t1+t2时间，所以在VAD模块判断进入静音阶段A后，延迟t1+t2时间再将数据信号a1由话音编码器切换到非话音编码器，以保证非静音数据信号全部进入话音编码器编码。完成此步骤后，重构数据信号b2与原始数据信号a1的对比示意图如图5所示。

本发明还提出一种在网关上通过透传方式传输数据方法的系统，其原理框图如图6所示，包括VAD模块1、编码器2、由编码端开关31和解码端开关32组成的开关模块、系统控制器4、通信信道5、解码器6和数据缓存模块7，所述的编码器2包括话音编码器21、非话音编码器22，所述的解码器6包括话音解码器61和非话音解码器62，所述系统控制器4分别与VAD模块1、编码器2、通信信道5、解码器6和数据缓存模块7连接，所述数据缓存模块7用于根据系统控制器4的控制信号将在输入信道内传输的数据信号a1进入编码器2之前缓存t2时间；

根据VAD模块1的控制信号，编码端开关31连接数据缓存模块7与话音编码器21或非话音编码器22，话音编码器21或非话音编码器22与通信信道5连接，解码端开关32连接通信信道5，解码端开关32与话音解码器61或非话音解码器62连接，话音解码器61或非话音解码器62与输出信道连接。

所述VAD模块1用于检测输入信道的数据信号a1，如果该数据信号a1为非静音信号时，VAD模块1控制开关模块使该数据信号进入话音编码器21进行编码，经过通信信道5的传输，在解码端由话音解码器61解码后由输出信道输出；如果在检测该数据信号a1时，判断该数据信号a1进入静音阶段后，延迟t1+t2时间将该数据信号a1由话音编码器21通过开关模块切换到非话音编码器22进行编码，经过通信信道5的传输，在解码端由非话音解码器62解码后由输出信道输出。

在所述VAD模块1内还可以包括延迟单元11，用于当所述VAD模块1判断该数据信号a1进入静音阶段后延迟t1+t2时间。

数据信号a1在进入解码器2之前，系统控制器4将该数据信号a1缓存t2时间，VAD模块1对该数据信号a1进行检测，当判断该数据信号a1进入静音阶段A后，延迟t1+t2时间将该数据信号a1由话音编码器21切换到非话音编码器22，由该非话音编码器22对静音信号进行非话音编码后，由通信信道5输出到解码器端，由非话音解码器62解码，解码后输出重构的数据信号b2。

从上述对本发明技术方案的具体详细可知，本发明将目前的静音压缩技术应用在数据业务的透传方式中，降低透传方式占用的带宽，提高数据透传方式的可用性。由于典型的语音信号中有30～50％以上的时间是不含话音信号的背景噪声信号。利用这一特点，在语音信号编码中采取静音压缩(ITU-TG.729Annex B)可以大大降低码率，而不影响语音质量。参见图1，为现有技术中的采取静音压缩技术的语音信号在通信系统中传输的原理框图，通过将语音帧分为话音信号帧和非话音信号(背景噪声)帧，并对这种帧采取不同的编码传送方式，降低了码率。语音信号a由输入信道输入到编码器时，首先由静音检测(VAD)模块对该语音信号进行检测，根据检测结果，可知该语音信号是话音信号还是非话音信号，如果是话音信号，由VAD模块或该系统控制器控制开关模块使该语音信号进入话音编码器进行编码，如果是非话音信号，控制该语音信号进入非话音编码器进行编码，编码后的信号进入通信信道，根据通信信道传输的信号是话音信号帧还是非话音信号帧，控制通信信道传输的信号进入话音解码器或相应的非话音解码器，重构出语音信号b。利用静音检测技术，在静音阶段A期间只发送少量的背景噪声特征信息(15bit/frame)，通话过程的平均带宽降低到原来的一半。

静音压缩技术可以大幅度降低占用通信信道的带宽，但是不能将目前的静音压缩技术直接应用在数据业务的透传方式中，如果直接应用，存在一些问题。参见图2，为图1所示系统时语音信号输入和输出的对比示意图，在VAD模块的算法中，判断语音信号a进入静音阶段A和退出静音阶段A都有一个相应的判决域值，造成在进入静音阶段A时丢失t1时间长度的语音信号，在退出静音阶段A时丢失t2时间长度的语音信号，导致重构语音信号b的不完整，丢失的信号因为电平很小，时间很短，在语音信号中很难被察觉。但是对于数据信号来说，这种不完整的信号却是不能接受的，接收方设备可能会认为信号发生跳变或者周期不完整而发生异常，甚至导致数据业务失败。而本发明在充分利用静音压缩技术的思想后，通过改进，克服了上述问题，节省至少一半的带宽，大大提高了数据透传方式的可用性。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种在网关上传输数据的方法，该方法涉及到的通信系统包括静音检测器模块、系统控制器、由话音编码器和非话音编码器组成的编码器、由话音解码器和非话音解码器组成的解码器，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、将数据信号送入编码器之前由系统控制器缓存t2时间，同时静音检测器模块对该数据信号进行检测，该数据信号缓存t2时间后送入编码器，所述的t2时间为数据信号退出静音阶段晚于该数据信号真正退出静音阶段的时间；

步骤2、如果静音检测器模块检测该数据信号为非静音信号时，由所述静音检测器模块控制该数据信号进入话音编码器进行编码，经过通信信道的传输，在解码端由话音解码器解码后输出；如果静音检测器模块在检测该数据信号时，判断该数据信号进入静音阶段后，延迟t1+t2时间将该数据信号由话音编码器切换到非话音编码器进行编码，经过通信信道传输，在解码端由非话音解码器解码后输出；所述的t1时间为静音检测器模块判断该数据信号进入静音阶段的时刻早于该数据信号真正进入静音阶段的时间。

2.根据权利要求1所述的在网关上传输数据的方法，其特征在于，所述的t1时间、t2时间由静音检测器模块根据静音检测算法对数据信号进行测定得到，所述t1时间、t2时间由静音检测器模块传送给系统控制器。

3.根据权利要求1或2所述的在网关上传输数据的方法，其特征在于，所述的t1时间、t2时间分别为由静音检测器模块根据静音检测算法对数据信号进行测定得到一个以上相应时间的最大值。

4.一种在网关上传输数据的系统，包括静音检测器模块、编码器、开关模块、系统控制器、通信信道和解码器，所述的编码器包括话音编码器、非话音编码器，所述的解码器包括话音解码器和非话音解码器，其特征在于，还包括数据缓存模块，所述系统控制器分别与数据缓存模块、静音检测器模块、编码器、通信信道和解码器连接，所述数据缓存模块用于根据系统控制器的控制信号将由输入信道传输来的数据信号在进入编码器之前缓存t2时间；

所述开关模块包括编码端开关和解码端开关，根据静音检测器模块的控制信号，编码端开关选择连接数据缓存模块与话音编码器以及连接话音编码器与通信信道，解码端开关选择连接通信信道与话音解码器以及连接话音解码器与输出信道；或者编码端开关选择连接数据缓存模块与非话音编码器以及连接非话音编码器与通信信道，解码端开关选择连接通信信道与非话音解码器以及连接非话音解码器与输出信道；

所述静音检测器模块用于检测输入信道的数据信号，如果该数据信号为非静音信号时，控制开关模块使该数据信号进入话音编码器进行编码，经过通信信道的传输，在解码端由话音解码器解码后由输出信道输出；如果在检测该数据信号时，判断该数据信号进入静音阶段后，延迟t1+t2时间将该数据信号由话音编码器通过开关模块切换到非话音编码器进行编码，经过通信信道的传输，在解码端由非话音解码器解码后由输出信道输出，所述t1时间为静音检测器模块判断该数据信号进入静音阶段的时刻早于该数据信号真正进入静音阶段的时间，所述t2时间为数据信号退出静音阶段晚于该数据信号真正退出静音阶段的时间。

5.根据权利要求4所述的在网关上传输数据的系统，其特征在于，在所述静音检测器模块内还包括延迟单元，用于当所述静音检测器模块判断该数据信号进入静音阶段后延迟t1+t2时间。

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