CN1555185B - Ip手机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高IP语音通话质量的IP手机，包括射频发送单元，射频接收单元，语音编解码器，声码器，微处理器和存储器，用于把n个语音帧放在一个IP数据包中通过微处理器和射频发送单元传输的声码器，用于通过射频接收单元、微处理器接收到IP数据包后，建立并存储语音RTP数据的存储器缓冲区，用于读取数据缓冲区的RTP语音数据，把IP数据包分成n个语音帧，每隔20ms播放一帧的声码器，本发明减小了由于数据帧抖动和丢帧所带来的影响，保证了用户通话的连续性和清晰性。
Description
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，更具体地说是涉及拨打语音IP电话的手机。
背景技术
目前在手机拨打语音IP电话即VoIP实现方案中，将语音通过分组数据网络进行传输，使得线路的利用率提高，并且能够降低手机用户的通信费用。但是现在语音IP电话通话存在很明显的缺点，首先IP数据包的传输是面向非连接的，数据通信的属性是突发的，数据流量是变化的，这会给语音数据的传输带来一定的延时和帧丢失，其次变长的IP数据包还会引入抖动。
抖动是指IP包传输时间的长短变化。当网络上的话音延时即声音采样、数字化、压缩、传输延时的总共时间超过300ms时，通话双方一般就只能倾向选择采用半双工的通话方式，一方说完后另一方再说。另一方面，如果传输网络抖动较严重，那么有的话音包因传输时间太长，到达手机后因迟到数据被丢弃，会产生话音的断续及部份失真，严重影响通话音质。
所以在语音IP电话的目前实现方案中，主要存在的问题是时延、抖动和数据包丢失。而对话音业务来说，比较严重的随机性延迟、抖动、帧丢失等引起的通话质量低劣绝对不能被用户所容忍。
发明内容
本发明的目的，就在于消除或减小VoIP的抖动和帧丢失问题给用户带来的语音通话质量低的影响，提供给用户一个语音通话质量高的IP手机。
为实现上述目的，本发明的IP手机，包括射频发送单元，射频接收单元，微处理器，语音解码器，
存储缓冲区，用于暂时存储不小于2的固定数量的若干个解包后带有序列号的RTP实时传送的语音数据帧；
声码器，用于顺序读取存储缓冲区解包后的带有序列号的RTP实时传送的语音数据帧，拆分成2-20个原始语音帧，每隔一定时间播放一个原始语音帧。
所述的声码器把2-20个原始语音帧放在一个IP数据包中，通过微处理器和射频发送单元进行传输。优选的是声码器把3个每20ms一帧的原始语音帧放在一个IP数据包中进行传输。
所述的存储缓冲区中优选的是建立并暂时存储5个解包后带有序列号的RTP实时传送的语音数据帧。
所述的存储缓冲区是设置在语音解码器的存储器内。
语音解码器把接收到来的新的RTP语音数据帧的序列号与存储缓冲区中RTP语音数据帧的序列号进行比较，将该帧插到序列号比该帧大与序列号比该帧小的两帧之间，如果判断新的RTP语音帧的序列号比存储缓冲区中所有RTP语音数据帧中最小序列号还要小，则丢弃该帧。
所述的声码器顺序读取的对应序列号的RTP语音数据帧不存在时，播放NULL空帧，并把下一个要播放的RTP语音数据帧的序列号加1。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的硬件设备连接框图；
图2为本发明的RTP数据处理示意图；
图3为本发明的插入语音帧示意图；
图4为本发明的丢帧处理示意图。
具体实施方式
在手机发送端，先由声码器每隔20ms产生一个原始语音帧，然后将n个(n＞＝2)20ms原始语音帧进行RTP/UDP/IP/PPP包封装，最后通过微处理器、射频发送单元将该语音IP包发送到空中接口；在手机接收端，在语音解码器的存储器中建立RTP实时传送协议数据的缓冲buffer，该缓冲buffer的大小，可以取2以及比2大的自然数，具体数值取决于语音延迟、抖动等各种参数。该缓冲区用于存放RTP数据。由射频接收单元从空中接口接收到数据包，对数据包进行PPP/IP/UDP解包，然后语音解码器将该RTP语音帧的序列号同存储器缓冲区中的RTP语音帧序列号进行比较，将该帧插到序列号比该帧大和序列号比该帧小的两帧之间，如果新的RTP语音帧的序列号比缓冲区中所有RTP帧的最小序列号还要小，则丢弃该帧。最后，声码器每隔(20*n)ms从RTP缓冲buffer中读取出一个RTP语音帧，将该RTP帧分解成n个原始语音帧，每隔20ms播放一个原始语音帧。如果声码器不能从RTP缓冲buffer中读取出数据，或者声码器需要播放的顺序序列号所对应的帧不存在时，就播放NULL空帧，并把下一个要播放的帧的序列号加1。
如图1所示，声音经过麦克，A/D转换，编码进入声码器，声码器每隔20ms产生一个原始语音帧，然后将n个(n＞＝2)语音帧进行RTP/UDP/IP/PPP包封装，通过ARM微处理器，射频发送单元将该语音IP包发送到空中无线接口；接收信号时，射频接收单元从空中接口接收到数据包，对数据包进行PPP/IP/UDP解包，解码器存储器中建立RTP数据的缓冲buffer，声码器读取RTP语音帧，经CODEC解码、D/A转换通过听筒、耳机或扬声器播放语音。声码器采用QDSP2000，手机主芯片采用高通MSM5100。
实施例1，采用把3个20ms语音帧放在一个RTP包中传输，缓冲buffer长度为5的方式来说明本发明。
在CDMA移动手机终端，语音帧是以20ms为周期进行发送和接收的。声码器(vocoder)每隔20ms，就会产生一个语音帧并发送，同时播放一个接收到的语音帧。由于IP网络数据到达时间的不确定性，在20ms有可能到来几帧，也可能一帧也不会到来。所以对语音帧的处理采用两个进程同时进行的方式来完成，如图2所示，一个进程为底层协议RTP/UDP/IP/PPP，当空中接口有数据到来时，底层协议从空中接口接收到数据包，将该数据包进行解包处理，将解出来的RTP语音包放到RTP缓冲buffer中；另一个进程为声码器，声码器从RTP缓冲buffer中取出语音帧进行播放。我们将这种两个进程同时进行对语音帧处理的方式简单的称为RTP推，声码器拉的处理方式。这种处理方式可以保证播放语音数据的实时性，并且便于处理数据抖动和丢帧情况。
对于数据抖动和丢帧的情况，我们采用在RTP协议建立缓冲区buffer，并且采用RTP推、声码器拉的方式来处理。抖动主要是因为不同的IP包在网络上传送所需的时间不同，从而导致到达目的端的先后顺序不一致导致的。可以采取两方面措施来减小抖动。
一方面由于CDMA声码器的周期是20ms，所以不同的语音数据在传输时，很容易就会相差20ms，从而造成抖动、丢帧的发生。我们将声码器的3帧语音数据放在一个IP数据包中传输，这样前后两个IP包相差60ms，可以大大减少抖动的次数。当IP包到达对方手机后，再将该IP数据包进行解包，分成3帧，每隔20ms播放一帧。
另一方面在数据的接收端，我们采用缓冲buffer，给延迟帧一个缓冲时间。缓冲buffer的大小，决定了能够处理抖动的最大时间。缓冲buffer越大，处理抖动的能力越强，但是，缓冲buffer变大，相应的语音延迟也会相应的变大。所以该缓冲buffer的大小，需要根据用户对延迟、抖动容忍的程度来取一个最好的折衷值。具体的实现方法为：将最先到来的5帧语音帧放到缓冲buffer中，暂时不播放。当第6帧到来的时候，播放缓冲buffer里的第一帧。每次将到来的新的数据帧的序列号(seq)同缓冲buffer中的数据帧序列号进行比较，将该帧插到比它序列号大的帧与比它序列号小的两个帧之间。
如图3所示，存储器缓冲buffer中有n、n+1、n+2、n+4、n+5共5帧数据帧，当语音解码器接收到新的一个数据帧n+3，将新的数据帧n+3与缓冲buffer中存放的5帧数据帧进行序列号比较，比较判断后把n+3这帧数据插入到n+2与n+4数据帧之间，声码器播放第n帧数据。
对于丢帧的处理：丢帧主要是因为数据在网络传输过程中，由于网络的问题而导致所需的数据帧丢失，或是没有在要求的时间内到达。如果数据帧在声码器需要播放前仍然没有到达，则认为该帧为丢失帧。处理丢帧的情况时，如果我们仅采用声码器拉的方式，则会出现问题。因为为了处理抖动，我们在缓冲buffer中始终存放5帧，以对数据帧进行排序。如果某一帧丢失，而声码器还是从缓冲buffer中取走下一帧播放，则缓冲buffer中只剩下4帧，如果这种情况出现几次后，缓冲buffer中将一帧也没有了。这样就不能再很好的进行抖动的处理了。
具体的处理丢帧的步骤如图4所示：序列号n，(n+1)的帧已经播放结束，接下来应该播放序列号为(n+2)的帧。在当前的20ms内，并没有从空中接口收到语音帧，即图上显示的NULL空帧，并且缓冲buffer中只有序列号为(n+3)、(n+4)、(n+5)、(n+6)的帧，没有序列号为(n+2)的帧。此时声码器应该放弃从缓冲buffer中取数据播放，而是播放一个NULL帧。并且将下一次要播放的帧的序列号加1。
经过上述对语音帧的处理，在最大程度上减小了由于数据帧抖动和丢帧所带来的影响。消除了通话过程中出现的停顿、话音模糊的现象，保证了用户通话的连续性和清晰性。
Claims (7)
1.一种IP手机，包括射频发送单元，射频接收单元，微处理器，语音解码器，其特征在于还包括：
存储缓冲区，用于暂时存储不小于2的固定数量的若干个解包后带有序列号的RTP实时传送的语音数据帧；
声码器，用于顺序读取存储缓冲区解包后的带有序列号的RTP实时传送的语音数据帧，拆分成2-20个原始语音帧，每隔一定时间播放一个原始语音帧。
2.根据权利要求1所述的IP手机，其特征在于所述的声码器把2-20个原始语音帧放在一个IP数据包中，通过微处理器和射频发送单元进行传输。
3.根据权利要求1或者2所述的IP手机，其特征在于所述的声码器把3个每20ms一帧的原始语音帧放在一个IP数据包中进行传输。
4.根据权利要求1所述的IP手机，其特征在于所述的存储缓冲区中建立并暂时存储5个解包后带有序列号的RTP实时传送的语音数据帧。
5.根据权利要求1或者4所述的IP手机，其特征在于所述的存储缓冲区是设置在语音解码器的存储器内。
6.根据权利要求1或2或4所述的IP手机，其特征在于语音解码器把接收到来的新的RTP语音数据帧的序列号与存储缓冲区中RTP语音数据帧的序列号进行比较，将该帧插到序列号比该帧大与序列号比该帧小的两帧之间，如果判断新的RTP语音帧的序列号比存储缓冲区中所有RTP语音数据帧中最小序列号还要小，则丢弃该帧。
7.根据权利要求1或2或4所述的IP手机，其特征在于所述的声码器顺序读取的对应序列号的RTP语音数据帧不存在时，播放NULL空帧，并把下一个要播放的RTP语音数据帧的序列号加1。
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