CN105227552A - 一种td-lte应急终端语音业务质量保障方法 - Google Patents

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徐欣
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Abstract

本发明涉及一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：语音数据发送端进行语音数据采集和编码，将含有时间戳的RTP语音数据包通过TD-LTE网络发送至语音数据接收端；语音数据接收端统计接收到的语音数据包，计算出丢包率大小，将该丢包率信息封装成控制报文并发送至语音数据接收端，同时根据丢包率大小调整接收队列长度；语音数据发送端解析接收到的控制报文获得丢包率信息，根据该丢包率信息动态调整语音数据的采集参数和发送队列长度。本方法可以根据TD-LTE无线信道的质量动态调节语音数据的质量，能实时地、有效地传输语音数据，从而实现了保证TD-LTE应急通信系统下语音业务质量的目的。

Description

一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法。
背景技术
当自然灾害或公共安全事故发生时，政府应急救援部门需要迅速在现场建立指挥调度中心，并部署救援人员利用应急终端与指挥调度中心实现即时通信、人员指挥、资源调度等任务。为了保证各救援人员之间以及救援人员与指挥中心的通信的实时性和可靠性，应急终端上的语音通话质量将是应急通信系统能有效发挥作用的关键因素。
TD-LTE是第四代宽带移动通信技术，其提供的高速数据业务功能使传输速率最高可达下行100Mbps、上行50Mbps,使得组呼、广播呼、视频监控等业务成为可能。同时，TD-LTE网络采用扁平化的架构方案，使得控制面时延小于100ms，用户面时延小于5ms，可以满足应急通信系统对呼叫时延的需求。
目前各类应急通信系统下应急终端支持的基本语音业务包括单呼、组呼、广播呼等，其中TD-LTE核心网侧通过一系列的QoS保障机制对承载的各类数据业务提供了系统层面的可靠性保障，本发明提供了一种针对应急终端接入侧的QoS保障方法，以提高应急通信系统下语音业务的可靠性。
目前，有些方法使用嵌入式语音数据服务器作为发送方，在数据包头添加序号和时间戳，通过测定接收方的响应数据来判断当前网络状态，并根据当前网络状态，计算下一时刻的每两个数据包或每组数据包的发送主控延迟，基于所述主控延迟调节服务器的语音传输速率。但是此类方法缺少对所传输语音数据质量的控制，在网络状况较差时无法自适应的传输符合相应网络质量的语音数据，因此无法对语音通话质量进行多方位的保障。
还有一些方法，控制端确定需要对语音流进行语音质量增强处理,其控制端将需要进行的语音质量增强处理的控制信息承载于控制包中传输至语音质量增强处理的执行端,执行端根据控制包中承载的控制信息对其接收的语音流进行相应的语音质量增强处理。但是该类方法仅通过声学回波抵消等语音处理增强了语音质量，没有考虑丢包率的变化，无法根据网络状况自适应地调节语音业务质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，该方法可以根据TD-LTE无线信道的质量动态调节语音数据的质量，能实时地、有效地传输语音数据，从而实现了保证TD-LTE应急通信系统下语音业务质量的目的。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，所述TD-LTE应急终端分为语音数据发送端和语音数据接收端，各个终端上包括语音处理模块和TD-LTE传输模块，语音处理模块对语音数据进行采集编码与解码回放，TD-LTE传输模块实现语音数据的无线发送与接收，语音处理模块与TD-LTE传输模块通过线程同步管道实现线程之间的同步通信；
该方法包括以下步骤：
1)语音数据发送端通过语音处理模块采集并编码压缩语音数据，之后将语音数据包放入发送缓冲循环队列；
2)语音数据发送端从发送缓冲循环队列取出待发送的语音数据包后，为语音数据包添加序号、时间戳等包头信息，并调用TD-LTE传输模块，采用实时传输协议RTP将语音数据包发送至语音数据接收端；
3)语音数据接收端首先通过TD-LTE传输模块接收语音数据包并放入接收缓冲循环队列，之后语音处理模块取出语音数据包进行解码回放；同时，语音数据接收端对接收到的数据包进行统计，得到当前语音业务的丢包率，并根据丢包率大小设定接收队列长度，然后将该丢包率封装成控制报文，通过RTP协议传输至语音数据发送端；
4)语音数据发送端接收到控制报文后，解析控制报文得到丢包率参数，依据丢包率动态调节语音处理模块中语音数据采集参数以及发送队列长度。
进一步，在步骤1)中，语音处理模块采集参数包括采集频率、声道数和采样精度；所述采样频率即录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率包括16KHz、22.05KHz、37.8KHz、44.1KHz、48KHz，采样频率越高失真越小、音质越好，其中22.05KHz只能达到FM广播的声音品质，44.1KHz则是理论上的CD音质界限，48KHz则更加精确；所述声道有左声道、右声道、双声道以及多声道；所述采样精度是表示每个声音样本的位数，反映度量声音波形幅度的精度，包括8bit、16bit、24bit、32bit，位数越高，声音的保真度越高。
进一步，在步骤3)中，丢包率计算方法为：RTP语音数据包中含有时间戳T，时间以ΔT为单位单向增加，假设发送第一个数据包的时间戳为T1，某个时刻的时间戳为T2，则这一段时间内应该收到的数据包的数量P0为：若这一段时间内实际收到的数据包的数量为P1，则这一段时间内的丢包率p为：
进一步，在步骤3)中，控制报文包括RTP包头和RTP数据包，RTP包头中包含该数据包发送的时间戳等参数，RTP数据包中包含当前语音数据接收端统计到的丢包率信息。
进一步，在步骤3)和步骤4)中，语音数据发送队列和语音数据接收队列属于语音业务时延中固定时延部分，可以由终端进行处理和控制；语音业务的时延还包括由TD-LTE网络传输语音数据所产生的传输时延，该传输时延受到无线信息质量的影响，属于不可调控的部分。
进一步，在步骤3)中，语音数据接收端的接收缓冲循环队列长度调节的步骤具体为：当接收到的语音数据包的丢包率增大时减小接收队列长度，当接收到的语音数据包的丢包率减小时增大接收队列长度。
进一步，在步骤4)中，语音数据发送端的发送队列长度调节的具体步骤为：当接收到的RTP控制报文中的丢包率增大时减小发送队列长度，当接收到的RTP控制报文中的丢包率减小时增大发送队列长度。
进一步，在步骤4)中，语音数据发送端调节语音数据采集参数的具体步骤为：当接收到的RTP控制报文中的丢包率增大时，降低采样频率、减少声道数、降低采样精度；当接收到的RTP控制报文中的丢包率减小时，增加采样频率、增加声道数、增大采样精度。
本发明的有益效果在于：本发明利用语音数据发送端与语音数据接收端之间的交互操作，综合考虑语音业务可靠性的性能指标，包括时延、丢包率，并将语音数据接收端统计得到的丢包率指标发送至语音数据接收端。语音数据接收端依据接收到的控制报文动态调节语音数据采集参数和发送队列长度。因此在TD-LTE无线信道质量下降时，本发明可实时动态调整语音业务的语音质量，能实时地、有效地传输语音数据，从而实现了保证TD-LTE应急通信系统下语音业务质量的目的。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为在应急终端上实现语音业务质量保障设计的总体方案图；
图2为控制报文组织结构图；
图3为本发明所述方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图3为本发明所述方法的流程示意图，本方法包括以下步骤：
1)语音数据发送端通过语音处理模块采集并编码压缩语音数据，之后将语音数据包放入发送缓冲循环队列；
2)语音数据发送端从发送缓冲循环队列取出待发送的语音数据包后，为语音数据包添加序号、时间戳等包头信息，并调用TD-LTE传输模块，采用实时传输协议RTP将语音数据包发送至语音数据接收端；
3)语音数据接收端首先通过TD-LTE传输模块接收语音数据包并放入接收缓冲循环队列，之后语音处理模块取出语音数据包进行解码回放；同时，语音数据接收端对接收到的数据包进行统计，得到当前语音业务的丢包率，并根据丢包率大小设定接收队列长度，然后将该丢包率封装成控制报文，通过RTP协议传输至语音数据发送端；
4)语音数据发送端接收到控制报文后，解析控制报文得到丢包率参数，依据丢包率动态调节语音处理模块中语音数据采集参数以及发送队列长度。
图1示出了本发明在应急终端上实现语音业务质量保障设计的总体方案图，语音数据发送端和语音数据接收端通过TD-LTE网络进行RTP语音数据包以及RTP控制报文的发送与接收。语音数据发送端根据上述权利要求中所述的语音质量保障方法，将含有时间戳信息的RTP语音数据包通过TD-LTE网络传输至语音数据接收端，语音数据接收端解析接收到的RTP语音数据包并获得丢包率信息，根据丢包率大小设定接受队列长度，并将该丢包率信息封装进RTP控制报文中，通过TD-LTE网络将该控制报文传输至语音数据发送端，语音数据发送端解析该控制报文得到丢包率参数，根据丢包率大小动态调节语音数据采集参数以及发送队列长度。
图2示出了控制报文的组成结构。控制报文由RTP报头和RTP报文两个部分组成，其中RTP报头中含有时间戳信息，RTP报文含有丢包率信息。语音数据发送端通过解析该控制报文得到丢包率信息，并根据丢包率动态调整语音数据采集参数和发送队列长度。
语音业务质量保障的目的是当TD-LTE无线信道质量变化时，可以根据无线信道质量的变化动态调节语音数据质量，减小丢包率，从而满足应急通信对语音数据的实时性和有效性的可靠性需求。对语音数据来说，实现方式为：在语音数据发送端封装含有序号和时间戳信息的数据包，在语音数据接收端统计并计算出丢包率信息，通过丢包率信息实时反应当前无线信道质量，并将该信息封装成RTP控制报文反馈给语音数据发送端，语音数据发送端根据该丢包率信息动态调整语音数据质量。
在本实施例中，针对语音数据的丢包率和时延两个指标，采用基于丢包率的控制方法，通过动态调节语音数据的采集参数、发送队列长度和接收队列长度，以适应当前无线信道质量，从而满足应急通信对语音业务的可靠性需求。具体实施方法流程如下：
1)语音数据发送端中的语音处理模块调用ALSA语音处理框架设置语音采集参数相关初始值，并采用G.711编码算法实现语音数据的编码。语音数据采集参数的初始值设置为：采样频率为37.8KHz，声道数为双声道，采样精度为16bit。
2)语音数据发送端将发送的语音数据的序号和时间戳封装进RTP语音数据包报头中，然后调用TD-LTE传输模块，采用实时传输协议RTP将语音数据包通过TD-LTE网络传输至语音数据接收端。
3)语音数据接收端统计接收到的RTP语音数据包，通过丢包率计算方法计算出丢包率的大小，根据计算出的丢包率设定接收队列长度，然后将该丢包率封装成控制报文，采用RTP协议通过TD-LTE网络传输至语音数据发送端。丢包率的计算方法为：RTP语音数据包中含有时间戳T，时间以ΔT为单位单向增加，假设发送第一个数据包的时间戳为T1，某个时刻的时间戳为T2，则这一段时间内应该收到的数据包的数量P0为：若这一段时间内实际收到的数据包的数量为P1，则这一段时间内的丢包率p为：语音数据接收端根据丢包率信息调整接收队列长度的调节方案如下表所示：
丢包率p 接收队列长度
≤1％ 30
1％-2％ 25
2％-3％ 20
3％-5％ 15
5％-7％ 10
7％-10％ 10
≥10％ 5
4)语音数据发送端接收到上一步骤的控制报文，解析该控制报文得到丢包率参数p，根据丢包率p的大小，调节语音处理模块的语音数据采集参数以及发送语音数据的发送队列长度。语音数据发送端根据丢包率调整语音数据采集参数和发送队列长度的调节方案如下表所示：
综上所述，语音数据接收端接收来自语音数据发送端通过TD-LTE网络传输的语音数据，然后取出RTP数据包中的序号、时间戳，根据上文的丢包率计算方法计算出丢包率大小，该丢包率大小实时地反应了当前TD-LTE网络无线信道的质量，语音数据接收端根据该丢包率调整接收队列的长度，并将该丢包率信息封装成控制报文传输至语音数据接收端，语音数据接收端接收到该控制报文后，解析出其中的丢包率信息，并根据该丢包率信息实时动态地调整声卡的语音数据采集参数和发送队列长度。根据以上分析，本发明提供一种TD-LTE应急终端上的语音业务质量保障方法，提高了语音业务的实时性和有效性，语音业务质量得到了有效保障，提高了应急通信系统的可靠性。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，所述TD-LTE应急终端分为语音数据发送端和语音数据接收端，各个终端上包括语音处理模块和TD-LTE传输模块，语音处理模块对语音数据进行采集编码与解码回放，TD-LTE传输模块实现语音数据的无线发送与接收，语音处理模块与TD-LTE传输模块通过线程同步管道实现线程之间的同步通信；
其特征在于：包括以下步骤：
1)语音数据发送端通过语音处理模块采集并编码压缩语音数据，之后将语音数据包放入发送缓冲循环队列；
2)语音数据发送端从发送缓冲循环队列取出待发送的语音数据包后，为语音数据包添加序号、时间戳等包头信息，并调用TD-LTE传输模块，采用实时传输协议RTP将语音数据包发送至语音数据接收端；
3)语音数据接收端首先通过TD-LTE传输模块接收语音数据包并放入接收缓冲循环队列，之后语音处理模块取出语音数据包进行解码回放；同时，语音数据接收端对接收到的数据包进行统计，得到当前语音业务的丢包率，并根据丢包率大小设定接收队列长度，然后将该丢包率封装成控制报文，通过RTP协议传输至语音数据发送端；
4)语音数据发送端接收到控制报文后，解析控制报文得到丢包率参数，依据丢包率动态调节语音处理模块中语音数据采集参数以及发送队列长度。
2.根据权利要求1所述的一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，其特征在于：在步骤1)中，语音处理模块采集参数包括采集频率、声道数和采样精度；所述采样频率即录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率包括16KHz、22.05KHz、37.8KHz、44.1KHz、48KHz，采样频率越高失真越小、音质越好；所述声道有左声道、右声道、双声道以及多声道；所述采样精度是表示每个声音样本的位数，反映度量声音波形幅度的精度，包括8bit、16bit、24bit、32bit，位数越高，声音的保真度越高。
3.根据权利要求1所述的一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，其特征在于：在步骤3)中，丢包率计算方法为：RTP语音数据包中含有时间戳T，时间以ΔT为单位单向增加，假设发送第一个数据包的时间戳为T1，某个时刻的时间戳为T2，则这一段时间内应该收到的数据包的数量P0为：若这一段时间内实际收到的数据包的数量为P1，则这一段时间内的丢包率p为：
4.根据权利要求1所述的一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，其特征在于：在步骤3)中，控制报文包括RTP包头和RTP数据包，RTP包头中包含该数据包发送的时间戳等参数，RTP数据包中包含当前语音数据接收端统计到的丢包率信息。
5.根据权利要求1所述的一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，其特征在于：在步骤3)和步骤4)中，语音数据发送队列和语音数据接收队列属于语音业务时延中固定时延部分，可以由终端进行处理和控制；语音业务的时延还包括由TD-LTE网络传输语音数据所产生的传输时延，该传输时延受到无线信息质量的影响，属于不可调控的部分。
6.根据权利要求1所述的一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，其特征在于：在步骤3)中，语音数据接收端的接收缓冲循环队列长度调节的步骤具体为：当接收到的语音数据包的丢包率增大时减小接收队列长度，当接收到的语音数据包的丢包率减小时增大接收队列长度。
7.根据权利要求1所述的一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，其特征在于：在步骤4)中，语音数据发送端的发送队列长度调节的具体步骤为：当接收到的RTP控制报文中的丢包率增大时减小发送队列长度，当接收到的RTP控制报文中的丢包率减小时增大发送队列长度。
8.根据权利要求1所述的一种TD-LTE应急终端语音业务质量保障方法，其特征在于：在步骤4)中，语音数据发送端调节语音数据采集参数的具体步骤为：当接收到的RTP控制报文中的丢包率增大时，降低采样频率、减少声道数、降低采样精度；当接收到的RTP控制报文中的丢包率减小时，增加采样频率、增加声道数、增大采样精度。
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