RU2459373C1 - Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol - Google Patents
Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459373C1 RU2459373C1 RU2010151566/08A RU2010151566A RU2459373C1 RU 2459373 C1 RU2459373 C1 RU 2459373C1 RU 2010151566/08 A RU2010151566/08 A RU 2010151566/08A RU 2010151566 A RU2010151566 A RU 2010151566A RU 2459373 C1 RU2459373 C1 RU 2459373C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- packet
- transmission
- frame
- length
- request
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims description 66
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цифровой связи и может быть использовано в системах телеинформационных коммуникаций при низкоскоростном кодировании речевого сигнала в сетях с пакетной коммутацией на основе IP-протокола.The invention relates to the field of digital communication and can be used in telecommunication communication systems for low-speed encoding of a speech signal in packet-switched networks based on the IP protocol.
Бурное развитие индустрии цифровых инфокоммуникаций, являющейся результатом взаимопроникновения (конвергенции) информационных и телекоммуникационных технологий и услуг, привело к появлению новых сервисов телефонных услуг. В основе современных сетевых технологий, обеспечивающих высокую эффективность использования полосы канала связи и минимальное значение задержки трафика в сети, лежит принцип коммутации пакетов и быстрого пакетного мультиплексирования. Такой подход позволяет избавиться от "простоев" в использовании канала. Для этой цели в сети должны быть реализованы механизмы, гарантирующие нужное качество обслуживания (Quality of Service - QoS) (Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. Учебное пособие для вузов. - СПб.: Сети связи, 2004. - 217 с.: ил.).The rapid development of the digital infocommunication industry, which is the result of the interpenetration (convergence) of information and telecommunication technologies and services, has led to the emergence of new telephone services. The basis of modern network technologies that provide high efficiency of using the bandwidth of the communication channel and the minimum value of traffic delay in the network is the principle of packet switching and fast packet multiplexing. This approach allows you to get rid of "downtime" in the use of the channel. For this purpose, mechanisms must be implemented in the network that guarantee the required quality of service (Quality of Service - QoS) (Schwartz M. Communication networks: protocols, modeling and analysis. A training manual for universities. - St. Petersburg: Communication networks, 2004. - 217 p.: ill.).
Известны различные способы организации передачи речевой информации в сетях с пакетной коммутацией (патенты RU №2255430 от 27.06.2005, RU №2295841 от 20.03.2007, RU №2314643 от 27.04.2006). Недостатком данных способов является отсутствие возможности изменения длины кадра передачи речевых данных при организации связи в сетях с пакетной коммутацией на основе IP-протокола.There are various ways of organizing the transmission of voice information in packet-switched networks (patents RU No. 22545430 dated June 27, 2005, RU No. 2295841 dated March 20, 2007, RU No. 2314643 dated April 27, 2006). The disadvantage of these methods is the inability to change the frame length of the voice data transmission when organizing communication in packet-switched networks based on the IP protocol.
В последнее время широкое распространение получила технология MPLS (Multiprotocol Label Switching) - это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. Технология MPLS позволяет очень эффективно поддерживать требуемое QoS, соблюдая предоставленные пользователю гарантии. На основе протокола IP-MPLS строятся совершенно новые сети - сети NGN (Next Generation Network), которые способны обеспечить предоставление широкого спектра мультимедийных услуг (Н.В.Будылдина, Д.С.Трибунский, В.П.Шувалов. Оптимизация сетей с много протокольной коммутацией по меткам. - М.: Горячая линия - Телеком, 2010. - 144 с.: ил.).Recently, MPLS (Multiprotocol Label Switching) technology has become widespread - it is a technology of fast packet switching in multi-protocol networks based on the use of labels. MPLS technology allows you to very effectively maintain the required QoS, observing the guarantees provided to the user. Based on the IP-MPLS protocol, completely new networks are being built - NGN (Next Generation Network) networks, which are capable of providing a wide range of multimedia services (N.V. Budyldina, D.S. Tribunsky, V.P. Shuvalov. Optimization of networks with many protocol switching by tags. - M.: Hot line - Telecom, 2010. - 144 p.: ill.).
Связь между двумя концами канала по своей природе асинхронна. Поэтому для того, чтобы обеспечивалась возможность регистрации передаваемых символов, в отдельных пакетах должна содержаться синхроинформация, обычно в форме поля синхронизации. Пакеты, принятые с ошибками, должны быть опознаны. Процедура подтверждения должна быть организована таким образом, чтобы указывалось, приняты ли пакеты правильно или неправильно. Это часть общей задачи для всех уровней многоуровневой архитектуры, касающаяся организации процедур работы при появлении ошибок или других непредвиденных обстоятельств, когда они обнаруживаются. Пакеты должны быть пронумерованы, чтобы обеспечивалась надлежащая доставка информации получателю на приемную сторону. Для этого имеется необходимое управляющее поле, добавляемое к пакету данных или к информационному полю. Очевидно, что если длина пакета мала, система работает неэффективно. В этом случае по каналу передается больше управляющих разрядов, чем полезных данных. С другой стороны, если длина пакета слишком велика, кадр более вероятно может оказаться искаженным из-за ошибки, что потребует повторения его передачи, а это приведет к снижению производительности источника данных. Таким образом, в смысле получения максимальной производительности источника для полезных данных существует оптимальная длина пакета. Однако анализ показывает, что конкретная длина пакета является не очень критичной, так как приблизительно одинаковая производительность источников достигается при широком диапазоне исходных величин. Оптимальное значение находится в зависимости от характеристики ошибок в канале и числа применяемых проверочных разрядов. Для нахождения оптимальной длины пакета необходима модель ошибок в канале. Для спутниковых каналов связи делается предположение о том, что разряды искажаются независимо с вероятностью ρb появления ошибки в разряде. Обозначая длину пакета (информационного поля) в кадре, выражаемую числом разрядов, через l, а число остальных разрядов, используемых в других (управляющих) полях, через l', очевидно найдем, что вероятность ошибки в кадре (вероятность того, что, один разряд будет принят с ошибкой) равнаThe connection between the two ends of the channel is inherently asynchronous. Therefore, in order to be able to register transmitted characters, the sync information should be contained in separate packets, usually in the form of a synchronization field. Packets received with errors must be recognized. The confirmation procedure should be organized in such a way as to indicate whether packets were received correctly or incorrectly. This is part of the general task for all levels of multi-level architecture, concerning the organization of work procedures when errors or other unforeseen circumstances arise when they are discovered. Packets should be numbered to ensure proper delivery of information to the recipient on the receiving side. For this, there is a necessary control field added to the data packet or to the information field. Obviously, if the packet length is short, the system is inefficient. In this case, more control bits are transmitted over the channel than useful data. On the other hand, if the packet length is too long, the frame is more likely to be distorted due to an error, which will require retransmission, which will lead to a decrease in the performance of the data source. Thus, in the sense of obtaining maximum source performance for payload, there is an optimal packet length. However, the analysis shows that the specific packet length is not very critical, since approximately the same source performance is achieved with a wide range of initial values. The optimal value depends on the characteristics of errors in the channel and the number of applied check bits. To find the optimal packet length, an error model in the channel is needed. For satellite communication channels, an assumption is made that the discharges are distorted independently with a probability ρ b of an error in the discharge. Denoting the length of the packet (information field) in the frame, expressed by the number of bits, by l, and the number of other bits used in other (control) fields, by l ', we obviously find that the probability of an error in the frame (the probability that one bit will be accepted with an error) is equal
где qb=1-pb вероятность правильного приема. Для малых значений pb:where q b = 1-p b is the probability of correct reception. For small values of p b :
Описанная модель независимого искажения разрядов оказывается несправедливой для наземных каналов, в которых часто возникают пачки ошибок. В этом случае пачка ошибок, как показывает ее название, поражает ряд последовательных разрядов. Однако эксперименты с передачей данных по наземным каналам показывают, что вероятность ошибки в кадре в этом случае пропорциональна длине кадра.The described model of independent distortion of discharges turns out to be unfair for terrestrial channels in which bursts of errors often arise. In this case, a packet of errors, as its name shows, affects a number of consecutive discharges. However, experiments with data transmission over terrestrial channels show that the probability of an error in a frame in this case is proportional to the length of the frame.
Используя выражения (1) и (2) для вероятности ошибки, можно найти зависимость изменения производительности источника от длины пакета l и такое значение l, при котором производительность источника достигает максимума. Пусть передающая станция находится в состоянии насыщения и передает lmax кадров/с. Средняя скорость в бит/с для полезных данных, поступающих на принимающую станцию при схеме с N-возвращениями, будет равна:Using expressions (1) and (2) for the probability of error, we can find the dependence of the change in the source performance on the packet length l and such a value l at which the source performance reaches its maximum. Let the transmitting station be in a saturation state and transmit l max frames / s. The average bit rate / s for useful data arriving at the receiving station in the N-return scheme will be:
где λmax - максимально возможная производительность источника, ti - время передачи одного кадра данных, при параметре а=1 выражение используется для схемы с остановками и ожиданием.where λ max is the maximum possible performance of the source, t i is the transmission time of one data frame, with parameter a = 1 the expression is used for the circuit with stops and waiting.
Принимая ti=(l+l')/С, где С - пропускная способность канала в бит/с, для нормированной скорости поступления данных получим:Taking t i = (l + l ') / C, where C is the channel bandwidth in bit / s, for the normalized data arrival rate we get:
Это выражение показывает влияние на скорость передачи данных длины пакета l, длины управляющего поля l' и вероятности ошибки. Длительность перерыва описывается нормированным параметром a (Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ. Учебное пособие для вузов. - СПб.: Сети связи, 2004. - 217 с.: ил.)This expression shows the effect on the data rate of the packet length l, the length of the control field l 'and the probability of error. The duration of the break is described by the normalized parameter a (Schwartz M. Communication networks: protocols, modeling and analysis. Textbook for universities. - St. Petersburg: Communication networks, 2004. - 217 pp., Ill.)
Анализ производительности источника данных (Н.В.Будылдина, Д.С.Трибунский, В.П.Шувалов. Оптимизация сетей с много протокольной коммутацией по меткам. - М.: Горячая линия - Телеком, 2010. - 144 с.: ил.) дает оценку наиболее предпочтительной длины пакетов (информационного поля в кадре данных), применяемых в сети. В большинстве сетей связи она выбирается равной около 1000 бит, при этом производительность достигает максимального значения при l, находящемся для реальных примеров в пределах 1000-2000 бит. При малых значениях l неэффективность системы характеризуется членом l/(l+l') в выражении (4); в этом случае производительность оказывается низкой, так как кадр переносит сравнительно небольшое число информационных разрядов. Однако при больших l возрастает вероятность p повторной передачи, которая также снижает производительность. При некоторых приближениях можно получить явное выражение для оптимальной длины пакета l, дающей наибольшую производительность. Дифференцируя равенство (3) по l и приравнивая производную нулю (при этом l считаем непрерывной переменной), что оптимальное значение l имеет вид:Analysis of the performance of the data source (N.V. Budyldina, D.S. Tribunsky, V.P. Shuvalov. Optimization of networks with multi-protocol label switching. - M.: Hot line - Telecom, 2010. - 144 pp., Ill. ) gives an estimate of the most preferred packet length (information field in the data frame) used in the network. In most communication networks, it is chosen equal to about 1000 bits, while the performance reaches its maximum value with l, which for real examples is in the range of 1000-2000 bits. For small values of l, the inefficiency of the system is characterized by the term l / (l + l ') in expression (4); in this case, the performance is low, since the frame carries a relatively small number of information bits. However, for large l, the probability p of retransmission increases, which also reduces performance. With some approximations, an explicit expression can be obtained for the optimal packet length l giving the highest performance. Differentiating equality (3) with respect to l and equating the derivative to zero (in this case, we assume a continuous variable), the optimal value of l has the form:
При передаче речи по сетям связи основным способом анализа и синтеза речевых сигналов, используемым при низкоскоростном кодировании, является метод линейного предсказания (Шелухин О.И., Лукьянцев Н.Ф. Цифровая обработка и передача речи / Под ред. Шелухина О.И. - М.: Радио и связь, 2000. - 456 с.: ил.).When transmitting speech over communication networks, the main method of analyzing and synthesizing speech signals used in low-speed coding is the linear prediction method (Shelukhin OI, Lukyantsev NF Digital processing and transmission of speech / Edited by Shelukhin OI - M .: Radio and communications, 2000 .-- 456 p.: Ill.).
Отличительной особенностью применения данного метода является возможность обмена в кадре передачи количества бит, выделяемых на представление информации о параметрах формирующей системы речевого тракта и сигнала возбуждения, так как речевой сигнал представляется в данном случае в виде апериодической свертки сигнала возбуждения и передаточной функции речевого тракта. Изменение количества выделяемых бит при кодировании сказывается на точности представления данных параметров, а соответственно и на качестве кодирования речи.A distinctive feature of the application of this method is the possibility of exchanging in the transmission frame the number of bits allocated to represent information on the parameters of the forming system of the speech path and the excitation signal, since the speech signal is represented in this case in the form of an aperiodic convolution of the excitation signal and the transfer function of the speech path. Changing the number of allocated bits during coding affects the accuracy of the presentation of these parameters, and, accordingly, the quality of speech coding.
Необходимо отметить, что при передаче речи по сетям связи традиционная для вокодеров проблема снижения задержки при обработке сигнала в кодеке не является актуальной, так как величина суммарной задержки при передаче речи в системах IP-телефонии главным образом определяется задержками, вносимыми каналами сети Интернет (Гольдштейн Б.С. IP-телефония. - М.: Радио и связь, 2000. - 256 с.: ил.).It should be noted that when transmitting voice over communication networks, the traditional problem for vocoders to reduce the delay in signal processing in the codec is not relevant, since the total delay in voice transmission in IP-telephony systems is mainly determined by the delays introduced by the Internet channels (Goldstein B . S. IP-telephony. - M.: Radio and communications, 2000. - 256 p.: Ill.).
Тем не менее, решения, позволяющие снизить задержку в вокодере, представляют практический интерес. Проведенный в различных исследовательских группах анализ качества синтезированной речи при передачи речевых данных через IP-сеть показывает, что основным источником возникновения искажений, снижения качества и разборчивости синтезированной речи является прерывание потока речевых данных, вызванное потерями при передачи по сети либо превышением предельно допустимого времени доставки пакета с речевыми данными. Так же стоит отметить, что вероятность одиночных потерь пакетов данных выше вероятности потерь нескольких пакетов подряд. Можно ожидать, что с развитием сетей передачи данных при дальнейшем увеличении ее пропускной способности, оптимизации маршрутизаторов и протоколов преобладающую роль будут играть потери одиночных пакетов. Следует заметить, что в случае прихода пакета данные, как правило, доставляются без ошибок.However, solutions to reduce latency in the vocoder are of practical interest. An analysis of the quality of synthesized speech during the transmission of voice data through an IP network carried out in various research groups shows that the main source of distortion, reduced quality and intelligibility of synthesized speech is the interruption of the speech data flow caused by network transmission losses or exceeding the maximum allowable packet delivery time with speech data. It is also worth noting that the probability of single loss of data packets is higher than the probability of losing several packets in a row. It can be expected that with the development of data transmission networks with a further increase in its bandwidth, optimization of routers and protocols, the loss of single packets will play a predominant role. It should be noted that in case of a packet arrival, the data is usually delivered without errors.
Специальных разработок для Интернет-телефонии, рекомендованных ITU-T, пока не существует. Среди международных стандартов, рекомендуемых для подобных систем, чаще других упоминается G.723.1, обеспечивающий передачу речи со скоростью 5,3 и 6,3 Кбит/с, а так же G.729 для скорости передачи 8 Кбит/с. Гарантируя достаточно высокое качество речи в идеальных условиях передачи, упомянутые стандарты были разработаны для использования в каналах, отличных от Интернет, и уже позже частично были адаптированы для условий потерь пакетов. В настоящее время ведущие в области телекоммуникаций фирмы и университеты проводят разработки алгоритмов вокодеров для Интернет-телефонии. Можно ожидать появления в ближайшие годы алгоритмов компрессии со средними скоростями 2-4 Кбит/с и ниже с качеством синтезированной речи, близким к коммерческому, при допустимых искажениях в условиях 3-5% потерь пакетов с речевыми данными.Special developments for Internet telephony recommended by ITU-T do not yet exist. Among the international standards recommended for such systems, G.723.1, which provides voice transmission at a speed of 5.3 and 6.3 Kbit / s, as well as G.729 for a transmission speed of 8 Kbit / s, is most often mentioned. Ensuring a sufficiently high quality of speech in ideal transmission conditions, the mentioned standards were developed for use in channels other than the Internet, and only later were partially adapted for packet loss conditions. Currently, leading companies in the field of telecommunications are developing vocoder algorithms for Internet telephony. We can expect the emergence in the coming years of compression algorithms with average speeds of 2-4 Kbit / s and lower with synthesized speech quality close to commercial, with acceptable distortion in the conditions of 3-5% packet loss with speech data.
При передачи речи по сетям связи необходимо устранить возможность потери нескольких подряд следующих кадров передачи кодека речи в связи с распределением данных кадра передачи по нескольким пакетам. Анализ используемых кодексов в IP-телефонии показал возможность создания алгоритмов управления длиной кадра передачи кодекса речевых сигналов в сетях с пакетной коммутацией на основе IP-протокола. Основным требованием является кратность длины пакета и кадра передачи при ведении связи.When transmitting speech over communication networks, it is necessary to eliminate the possibility of losing several consecutive frames of speech codec transmission in connection with the distribution of data of the transmission frame across several packets. An analysis of the codes used in IP-telephony has shown the possibility of creating algorithms for controlling the transmission frame length of the code of speech signals in packet-switched networks based on the IP protocol. The basic requirement is the multiplicity of the packet length and the transmission frame when communicating.
В настоящий момент большинство сетей связи имеет стандартные, установленные либо администратором, либо аппаратно, размеры IP-пакета, однако при переходе из одной сети в другую длина IP-пакета может отличаться. Данный факт приводит к фрагментации IP-пакета, что в случае передачи речевого трафика приведет к разделению кадра передачи кодека, при этом повышается вероятность пропадания кадра передачи и его несвоевременной доставки. Задержка пакета в сети является весьма актуальным показателем, который необходимо учитывать, при организации связи на основе принципа пакетной передачи речи. Свойственная сетям с коммутацией пакетов случайная задержка передачи речевых пакетов в сети приводит к тому, что пакеты, содержащие информацию о смежных сегментах речи, прибывают к получателю со случайным временным сдвигом. Это требует принятия на приемной стороне специальных мер для обеспечения непрерывного звучания восстанавливаемой речи. Дополнительная сложность заключается в том, что данное специфическое требование должно быть выполнено с учетом ограничений на задержку, необходимых для ведения нормального диалога. Для устранения данного недостатка был предложен алгоритм, показанный на фиг.1.Currently, most communication networks have standard IP packet sizes, either set by the administrator or hardware, but the length of the IP packet may vary when switching from one network to another. This fact leads to fragmentation of the IP packet, which in the case of voice traffic will lead to the separation of the transmission frame of the codec, while increasing the likelihood of the loss of the transmission frame and its untimely delivery. Network packet delay is a very relevant indicator that must be taken into account when organizing communication based on the principle of packet voice transmission. The random delay in the transmission of voice packets in the network, characteristic of packet-switched networks, causes packets containing information about adjacent speech segments to arrive at a receiver with a random time shift. This requires the adoption of special measures on the receiving side to ensure the continuous sound of the restored speech. An additional complication lies in the fact that this specific requirement must be met taking into account the delay restrictions necessary for a normal dialogue. To eliminate this drawback, the algorithm shown in figure 1 was proposed.
При организации виртуального канала и запроса на прохождение информации MPLS-трафика одним из параметров используемых при организации таблицы маршрутизации является запрос параметра MTU (Maximum Transmission Unit - MTU) канального уровня на пути до ближайшего коммутатора, которая хранится в стеке служебной информации мультиплексора. Это максимальный размер пакета данных, который может быть передан за один физический кадр по протоколу TCP/IP. Таким образом, имеется возможность запроса данной информации на этапе соединения с целью подстройки оптимальной длины пакета передачи. Обязательным условием передачи IP пакета в разработанном алгоритме является установка флага запрета на его фрагментацию. Для оценки возможности осуществления передачи используется тестовая команда "ping" с требованием запрета фрагментации пакета выбранной длины. Ping - утилита для проверки соединений в сетях на основе TCP/IP. Она отправляет запросы указанному узлу сети и фиксирует поступающие ответы. Время между отправкой запроса и получением ответа позволяет определять двусторонние задержки по маршруту и частоту потери пакетов, то есть косвенно определять загруженность на каналах передачи данных и промежуточных устройствах. Длина пакета соизмеряется с минимальным MTU сети и соотносится с длиной кадра передачи.When organizing a virtual channel and requesting the passage of MPLS traffic information, one of the parameters used in organizing the routing table is to request the channel level MTU (Maximum Transmission Unit - MTU) parameter on the way to the nearest switch, which is stored in the multiplexer service information stack. This is the maximum data packet size that can be transmitted per physical frame over TCP / IP. Thus, it is possible to request this information at the connection stage in order to adjust the optimal transmission packet length. A prerequisite for transmitting an IP packet in the developed algorithm is to set the flag of prohibition on its fragmentation. To assess the possibility of transmission, the test command "ping" is used with the requirement to prohibit fragmentation of the packet of the selected length. Ping is a utility for checking connections in TCP / IP based networks. It sends requests to the specified host and captures incoming responses. The time between sending a request and receiving a response allows you to determine two-way delays along the route and the frequency of packet loss, that is, indirectly determine the load on the data transmission channels and intermediate devices. The length of the packet is commensurate with the minimum MTU of the network and correlates with the length of the transmission frame.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является патент RU №2255430 от 27.06.2005, заключающийся в передаче кадра сигнализации и голосового кадра на приемное устройство в системе мобильной связи CDMA, имеющей сеть ALL-IP, содержащий передачу информации заголовков, необходимой для передачи адресату голосового кадра, на приемное устройство посредством кадра сигнализации во время установки вызова на запрос пользователя с попыткой вызова и передачу голосового кадра на приемное устройство. Недостатком прототипа является возможность потери нескольких подряд следующих кадров передачи низкоскоростного кодека речи на основе линейного предсказания в связи с распределением данных кадра передачи по нескольким пакетам передачи данных.The closest in technical essence to the claimed method is the patent RU No. 22545430 dated 06.27.2005, which consists in transmitting a signaling frame and a voice frame to a receiving device in a CDMA mobile communication system having an ALL-IP network containing the transmission of header information necessary for transmission to the addressee voice frame to the receiving device through the signaling frame during the installation of a call to a user request with an attempt to call and transmitting the voice frame to the receiving device. The disadvantage of the prototype is the possibility of losing several consecutive following transmission frames of a low-speed speech codec based on linear prediction in connection with the distribution of the data of the transmission frame over several data transmission packets.
Задачей изобретения является снижение количества ошибочно синтезированных сегментов речевого сигнала на приемной стороне.The objective of the invention is to reduce the number of erroneously synthesized segments of the speech signal at the receiving side.
Для достижения данного технического результата при организации виртуального канала и запроса на прохождение информации MPLS-трафика формируют запрос параметра MTU, после чего устанавливают флаг запрета фрагментации IP пакета данных, далее для оценки возможности осуществления передачи используют тестовую команду "ping" с требованием запрета фрагментации пакета выбранной длины, далее при положительном выполнении команды "ping" формируют длину кадра передачи кодека, кратную длине пакета передачи данных при ведении связи, определяемых минимальным MTU сети на пути передачи, при отрицательном выполнении формируют новый запрос на прохождение MPLS-трафика и процедуру проверки возможности передачи выполняют заново.To achieve this technical result, when organizing a virtual channel and requesting the passage of information of MPLS traffic, an MTU parameter request is generated, then the flag for prohibiting fragmentation of the IP data packet is set, then, to assess the possibility of transmission, use the "ping" test command with the requirement to prohibit fragmentation of the selected lengths, then, when the ping command is executed positively, the codec transmission frame length is a multiple of the length of the data transmission packet during communication, determined by the minimum If the MTU of the network is in the transmission path, if it is executed negatively, a new request for the passage of MPLS traffic is generated and the procedure for checking the transmission possibility is performed again.
Таким образом, в алгоритме кодирования речевых сигналов на основе линейного предсказания осуществляется перераспределение количества бит кадра передачи вокодера, так, чтобы пакет передачи информационных данных IP-сети содержал кратное количество кадров передачи вокодера.Thus, in the algorithm for encoding speech signals based on linear prediction, the number of bits of the vocoder transmission frame is redistributed, so that the IP network information data transmission packet contains a multiple number of vocoder transmission frames.
Такой подход позволяет снизить количество ошибочно синтезированных сегментов речевого сигнала, так как необходимые данные о параметрах вокодера для синтеза сегмента речи будут передаваться в отдельном кадре передачи, при этом качественные показатели синтезированного сигнала остаются на достаточно высоком уровне.This approach allows to reduce the number of erroneously synthesized segments of the speech signal, since the necessary data on the vocoder parameters for synthesizing the speech segment will be transmitted in a separate transmission frame, while the qualitative indicators of the synthesized signal remain at a fairly high level.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна".The analysis of the prior art made it possible to establish that analogues that are characterized by a combination of features that are identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the compliance of the claimed method with the condition of patentability "novelty".
Анализ существующих технических решений в данной области показал, что введенные отличительные признаки в них отсутствуют и не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".Analysis of existing technical solutions in this area showed that the introduced distinguishing features are absent and do not follow explicitly from the prior art. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Благодаря новой совокупности существенных признаков системы, обеспечивающих формирование длины кадра передачи кодека речи на основе линейного предсказания кратной длине информационной части пакета передачи, достигается снижение количества ошибочно синтезированных сегментов речевого сигнала.Thanks to a new set of essential features of the system, providing the formation of the transmission frame length of the speech codec based on linear prediction of the multiple length of the information part of the transmission packet, a reduction in the number of erroneously synthesized segments of the speech signal is achieved.
Для проверки работоспособности предлагаемого способа были проведены теоретические исследования и компьютерное моделирование.To test the performance of the proposed method, theoretical studies and computer modeling were carried out.
Блок-схема алгоритма функционирования системы, реализующей предлагаемый способ, представлена на фиг.1.The block diagram of the algorithm of the functioning of the system that implements the proposed method is presented in figure 1.
Анализ разработанного алгоритма показал, что он удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, при этом имеется возможность внедрения его в существующие системы IP-телефонии. Использование данного алгоритма приведет к уменьшению задержки на передачу пакета в сети в целом, понижению вероятности потери кадра передачи низкоскоростного кодека речи, а соответственно повышению качества предоставляемых услуг сетями связи при передаче речи.An analysis of the developed algorithm showed that it satisfies the requirements for it, while it is possible to implement it in existing IP-telephony systems. Using this algorithm will reduce the delay in transmitting a packet in the network as a whole, reduce the probability of losing a transmission frame of a low-speed speech codec, and, accordingly, increase the quality of services provided by communication networks during voice transmission.
Заявленное техническое решение поясняется чертежом (фиг.2), на котором показана функциональная схема устройства, реализующего способ уменьшения объема данных при широкополосном кодировании речевого сигнала. Данное устройство состоит из блока поиска маршрута установления MPLS соединения, выход которого соединен с блоком запроса минимального MTU сети, первый выход которого соединен с блоком выполнения команды "ping", выход которого соединен с блоком оценки параметров функционирования сети, первый выход которого соединен блоком формирования кадра передачи низкоскоростного кодека речи на основе линейного предсказания, второй выход которого соединен с блоком поиска маршрута установления MPLS соединения, второй вход блока формирования кадра передачи низкоскоростного кодека речи на основе линейного предсказания соединен со вторым выходом блока запроса минимального MTU сети.The claimed technical solution is illustrated by the drawing (figure 2), which shows a functional diagram of a device that implements a method of reducing the amount of data in broadband coding of a speech signal. This device consists of a block for finding the route of establishing an MPLS connection, the output of which is connected to the request block of the minimum MTU of the network, the first output of which is connected to the ping command execution unit, the output of which is connected to the network function evaluation unit, the first output of which is connected by the frame-forming unit transmitting a low-speed speech codec based on linear prediction, the second output of which is connected to the search unit for establishing the MPLS connection establishment path, the second input of the transmission frame-forming unit low rate speech codec is based on a linear prediction is coupled to the second output of the minimum MTU request the network unit.
Промышленная применимость введенных элементов обуславливается тем, что оно может быть осуществлено с помощью современной элементной базы, с достижением указанного в изобретении назначения.The industrial applicability of the introduced elements is due to the fact that it can be implemented using a modern elemental base, with the achievement of the destination specified in the invention.
Устройство, реализующее заявленный способ, работает следующим образом. В блоке поиска маршрута установления MPLS соединения формируется запрос на установление соединения и осуществляется выбор приемлемого пути передачи данных, данная информация подается на блок запроса минимального MTU сети, который осуществляет запрос информации минимально возможной максимальной длины пакета передачи на пути следования. О функционировании данного блока изложено в (Н.В.Будылдина, Д.С.Трибунский, В.П.Шувалов. Оптимизация сетей с много протокольной коммутацией по меткам. - М.: Горячая линия - Телеком, 2010. - С.38-43). Далее данная информация подается на блок выполнения команды "ping", который осуществляет тестовую посылку данных по пути следования пакетов передачи, информация с данного блока о результатах выполнения команды "ping" подается на блок оценки параметров функционирования сети, который осуществляет проверку возможности передачи пакетов данных с требуемым MTU. Описание данного блока представлено в (С.Манн, М.Крелл Linux. Администрирование сетей TCP/IP: Второе издание. Пер. с англ. - М.: OOO "Бином-Пресс", 2008. - c.156-158, 284-289). Если проверка прошла успешно, то информация об этом подается на блок формирования кадра передачи низкоскоростного кодека речи на основе линейного предсказания, а на второй его вход подается информация о минимальном MTU с блока запроса минимального MTU и далее происходит подстройка параметров низкоскоростного кодека речевых сигналов на основе линейного предсказания с целью формирования длины кадра передачи кодека, кратного длине информационной части пакета передачи. Функционирование блока формирования кадра передачи низкоскоростного кодека речи на основе линейного предсказания описано в (Рихтер, С.Г. Кодирование и передача речи в цифровых системах подвижной радиосвязи. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2010. - С. 144-149, 176-179). Если проверка прошла неуспешно, то информация об этом подается на блок поиска маршрута установления MPLS соединения для поиска другого пути соединения.A device that implements the claimed method works as follows. In the block for searching the route for establishing an MPLS connection, a request is made to establish a connection and an acceptable data transmission path is selected, this information is sent to the request block for the minimum MTU of the network, which queries the information for the minimum possible maximum packet length on the route. The operation of this unit is described in (N.V. Budyldina, D.S. Tribunsky, V.P. Shuvalov. Optimization of networks with multi-protocol label switching. - M.: Hot line - Telecom, 2010. - P.38- 43). Further, this information is supplied to the ping command execution unit, which performs test data sending along the transmission packets, the information from this block on the ping command results is sent to the network operation parameters evaluation unit, which checks the possibility of data packet transmission with required MTU. A description of this block is presented in (S. Mann, M. Krell Linux. Administration of TCP / IP Networks: Second Edition. Translated from English. - M.: Binom-Press LLC, 2008. - p.156-158, 284 -289). If the test was successful, then information about this is supplied to the block for generating the transmission frame for the low-speed speech codec based on linear prediction, and information on the minimum MTU from the minimum MTU request block is sent to its second input, and then the parameters of the low-speed speech codec are adjusted based on the linear predictions with the aim of forming a codec transmission frame length multiple of the length of the information part of the transmission packet. The operation of the block forming the transmission frame of the low-speed speech codec based on linear prediction is described in (Richter, S.G. Encoding and speech transmission in digital mobile radio communication systems. Textbook for high schools. - M .: Hot line - Telecom, 2010. - P. 144-149, 176-179). If the check is unsuccessful, then information about this is fed to the block for finding the route to establish the MPLS connection in order to find another connection path.
К достоинствам способа следует отнести тот факт, что устранение возможности потери нескольких подряд следующих кадров передачи кодека речи в связи с распределением данных кадра передачи по нескольким пакетам данных IP-сети приведет к уменьшению задержки на передачу пакета в сети в целом, понижению вероятности потери кадра передачи низкоскоростного кодека речи, а соответственно повышению качества предоставляемых услуг сетями связи при передаче речи.The advantages of the method include the fact that eliminating the possibility of losing several consecutive frames of speech codec transmission in connection with the distribution of data of the transmission frame over several data packets of the IP network will reduce the delay in transmitting the packet in the network as a whole, and reduce the likelihood of losing the transmission frame low-speed speech codec, and, accordingly, improving the quality of services provided by communication networks during voice transmission.
Были проведены экспериментальные исследования для выявления возможности применения предлагаемого способа, которые показали, что использование предлагаемого технического решения для определения длины кадра передачи кодекса речевых сигналов на основе линейного предсказания в сетях с пакетной коммутацией на основе IP-протокола позволит понизить до 20% количество ошибочно синтезированных сегментов речевого сигнала в зависимости от длины информационной части пакета передачи.Experimental studies were conducted to identify the applicability of the proposed method, which showed that the use of the proposed technical solution to determine the transmission frame length of the speech code of the signals based on linear prediction in packet-switched networks based on the IP protocol will reduce up to 20% the number of erroneously synthesized segments speech signal depending on the length of the information part of the transmission packet.
Приведенное техническое решение указывает на то, что устройство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить более низкую вероятность ошибок при синтезе речевого сигнала в кодеках речевых сигналов на основе линейного предсказания в сетях с пакетной коммутацией на основе IP-протокола.The above technical solution indicates that the device embodying the invention in its implementation is able to provide a lower probability of errors in the synthesis of the speech signal in speech codecs based on linear prediction in packet-switched networks based on the IP protocol.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151566/08A RU2459373C1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151566/08A RU2459373C1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2459373C1 true RU2459373C1 (en) | 2012-08-20 |
Family
ID=46936850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010151566/08A RU2459373C1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2459373C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109088769A (en) * | 2018-08-18 | 2018-12-25 | 国网山西省电力公司信息通信分公司 | A kind of device diagnosing MPLS-VPN data message |
| RU2678404C2 (en) * | 2017-06-23 | 2019-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" | Method of dispatching of switch queues with service quality maintaining |
| RU2708791C1 (en) * | 2015-06-17 | 2019-12-11 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Error generator of one-sided nibble transmission |
| RU2766274C2 (en) * | 2013-11-27 | 2022-02-10 | Телефонактиеболагет Л М Эрикссон (Пабл) | Hybrid rtp payload format |
| RU2780659C1 (en) * | 2022-02-25 | 2022-09-28 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for quasi-optimal multimedia packet streaming based on the criteria of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2255430C1 (en) * | 2001-07-05 | 2005-06-27 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд | Device and method for voice frame transmission in mobile communication system provided with all-ip network |
| EP1816803A1 (en) * | 2005-07-27 | 2007-08-08 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Transmission processing method for data frame and system thereof |
| RU2008102133A (en) * | 2005-06-21 | 2009-07-27 | Телефонактиеболагет ЛМ Эрикссон (пабл) (SE) | DYNAMIC RELIABLE SEAL HEAD |
| US7616562B1 (en) * | 2002-03-22 | 2009-11-10 | Juniper Networks, Inc. | Systems and methods for handling packet fragmentation |
| KR20100032111A (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-25 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for processing fragmentation of ip packet in router for using network processor |
-
2010
- 2010-12-15 RU RU2010151566/08A patent/RU2459373C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2255430C1 (en) * | 2001-07-05 | 2005-06-27 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд | Device and method for voice frame transmission in mobile communication system provided with all-ip network |
| US7616562B1 (en) * | 2002-03-22 | 2009-11-10 | Juniper Networks, Inc. | Systems and methods for handling packet fragmentation |
| RU2008102133A (en) * | 2005-06-21 | 2009-07-27 | Телефонактиеболагет ЛМ Эрикссон (пабл) (SE) | DYNAMIC RELIABLE SEAL HEAD |
| EP1816803A1 (en) * | 2005-07-27 | 2007-08-08 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Transmission processing method for data frame and system thereof |
| KR20100032111A (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-25 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for processing fragmentation of ip packet in router for using network processor |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766274C2 (en) * | 2013-11-27 | 2022-02-10 | Телефонактиеболагет Л М Эрикссон (Пабл) | Hybrid rtp payload format |
| RU2708791C1 (en) * | 2015-06-17 | 2019-12-11 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Error generator of one-sided nibble transmission |
| RU2678404C2 (en) * | 2017-06-23 | 2019-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" | Method of dispatching of switch queues with service quality maintaining |
| CN109088769A (en) * | 2018-08-18 | 2018-12-25 | 国网山西省电力公司信息通信分公司 | A kind of device diagnosing MPLS-VPN data message |
| CN109088769B (en) * | 2018-08-18 | 2021-05-07 | 国网山西省电力公司信息通信分公司 | Device for diagnosing MPLS-VPN data message |
| RU2780659C1 (en) * | 2022-02-25 | 2022-09-28 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for quasi-optimal multimedia packet streaming based on the criteria of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4392380B2 (en) | Method and apparatus for providing traceroute and timing information for media streams | |
| US7630393B1 (en) | Optimizing queuing of voice packet flows in a network | |
| US7243150B2 (en) | Reducing the access delay for transmitting processed data over transmission data | |
| US8605620B2 (en) | System for transmitting high quality speech signals on a voice over internet protocol network | |
| US10432556B1 (en) | Enhanced audio video bridging (AVB) methods and apparatus | |
| US7450601B2 (en) | Method and communication apparatus for controlling a jitter buffer | |
| CN111095860B (en) | Method and device for clock synchronization | |
| US20070189327A1 (en) | Apparatus and method for increasing reliability of data sensitive to packet loss | |
| CN105071897B (en) | A kind of network real-time audio conversation media data multi-path redundancy transmission method | |
| WO2010078795A1 (en) | Method, device and system for improving data transmission quality | |
| RU2459373C1 (en) | Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol | |
| US6721825B1 (en) | Method to control data reception buffers for packetized voice channels | |
| US7769054B2 (en) | Method of conducting a communications session using incorrect timestamps | |
| US7321557B1 (en) | Dynamic latency assignment methodology for bandwidth optimization of packet flows | |
| US8264981B2 (en) | Inter-multipoint voice conversation apparatus | |
| US20090268714A1 (en) | Apparatus and method for processing voice over internet protocol packets | |
| US6977905B1 (en) | Network with self regulating quality of service (QoS) | |
| US20100158008A1 (en) | Switching exchange | |
| CN101006694B (en) | Method for switching a communication connection from a first connection path to a second connection path | |
| JP2005252429A (en) | IP packetizer | |
| US20080159332A1 (en) | Methods and devices for using variable length subpackets in data transmissions | |
| TWI454094B (en) | Method and apparatus for processing voice over internet protocal packets | |
| US7085265B2 (en) | Mapping between TDM channels and packets | |
| Licandro et al. | A Rate-Controlled VoIP System Based on Wireless Mesh Network Infrastructure: Design Issues and Performance Analaysis | |
| EP1283654A2 (en) | Mapping between TDM channels and packets |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121216 |