TWI454094B - 用以處理網際網路語音協定封包之方法及裝置 - Google Patents

Description

用以處理網際網路語音協定封包之方法及裝置

本發明涉及一種用以處理資料封包之方法及裝置，尤其涉及一種用以處理網際網路語音協定(voice over internet protocol，VoIP)封包之方法及裝置。

VoIP是一種允許即時語音資訊於網際網路協定(Internet Protocol，IP)之網路上傳輸的技術，為了於IP網路上傳輸即時語音資訊，音頻資訊被儲存為一個或多個資料封包，此種資料封包一般通稱為VoIP封包。與傳統電話網路不同的是：每一個VoIP封包即便是來自相同的來源地，且要傳送至相同的目的地，但是該等VoIP封包於IP網路上可能都是經由不同的路徑而被傳送。因此，有些VoIP封包會比應於其之前到達的VoIP封包還早到達目的地，導致該等VoIP封包在一接收端出現失序(out-of-order)的情形。

一用以封包化該等即時音頻資料以使其能於IP網路上傳送之標準協定係為即時傳輸協定(Real-Time Transport Protocol，RTP)，然而，該即時傳輸協定僅僅提供錯誤處理之額外資訊，而未提供用以錯誤處理之功能。因此，一旦網路發生壅塞，該等VoIP封包可能會發生遺失或遲延等現象，而導致該語音傳輸中之音頻品 質嚴重地被影響。

為了補救因路徑不同所造成之差異，一種作法是於該接收端設置一抖動緩衝區(jitter buffer)，其係用以儲存所接收到的VoIP封包，並將該等VoIP封包中之音頻資訊發送到該音頻資料之接收者。當該等VoIP封包僅發生些微延遲時，由於該抖動緩衝區內仍有一些已暫存之VoIP封包可傳送至該音頻資料之接收者，故使用者不會立即感覺到語音中斷。然而，若網路發生十分壅塞的情形，則使用者所接收到的該音頻資料品質可能會變得十分惡劣。

鑒於以上內容，有必要提供一種用以處理VoIP封包之方法及裝置，其可藉由虛擬封包之插入，而達到封包排序以及錯誤處理之功能。

一種用以處理網際網路語音協定(VoIP)封包之方法，方法包含以下步驟：傳送一個VoIP封包至一緩衝區；依據該到達VoIP封包以及先前VoIP封包的序號來判斷該封包是否失序；若該到達VoIP封包已失序，則判斷該緩衝區內是否存在一具有與該到達VoIP封包相同序號之一封包；若該緩衝區內未存在此等封包，則計算該到達VoIP封包與先前VoIP封包之序號差；根據該序號差來計算需要被插入於該緩衝區之虛擬封包數並產生該等虛擬封包；於該緩衝區內依序插入該等虛擬封包以及該到達VoIP封包。

一種用以處理網際網路語音協定(VoIP)封包的裝置，該裝置包含一即時傳輸協定模組、一緩衝區、一音頻控制模組。該即時傳輸協定模組係組態以接收複數個VoIP封包，以及將該等到達之VoIP封包傳送至該緩衝區。該緩衝區係組態於當該到達之VoIP封 包失序時產生虛擬封包，並且將該等虛擬封包及該到達之VoIP封包重新排序後輸出至該音頻控制模組。該音頻控制模組係組態為當輸出封包為虛擬封包時則產生柔和噪音，及當輸出封包為VoIP封包時則將其解壓縮為原始資料。相較於習知技術，所述之處理VoIP封包之方法及裝置，其藉由於該緩衝區插入虛擬封包，不僅可將遲延之封包重新排序，並可於封包遺失時以柔和噪音來取代，如此一來，即便網路發生壅塞情形，也不會造成語音資料傳輸的中斷。

10‧‧‧即時傳輸協定(RTP)模組

100‧‧‧電子裝置

20‧‧‧緩衝區

30‧‧‧音頻控制模組

32‧‧‧柔和噪音產生器

34‧‧‧解壓縮器

36‧‧‧壓縮器

40‧‧‧音頻模組

50‧‧‧VoIP應用程式

圖1係本發明用以處理VoIP封包之較佳實施例之硬體架構圖。

圖2係本發明中封包重新排序之示意圖。

圖3係本發明中封包遲延處理之示意圖。

圖4係本發明中用以處理VoIP封包的方法之較佳實施例之流程圖。

圖5係本發明中音頻控制模組所執行方法之較佳實施例之流程圖。

圖1所示係為本發明中用以處理VoIP封包的裝置(後稱“電子裝置100”)之較佳實施例之硬體架構圖。該電子裝置100係安裝於一行動電話(圖未示)。舉例來說，當一使用者欲藉由該行動電話與其他通訊裝置建立一個VoIP會議時，於該VoIP會議中，該等VoIP封包係經由一上行通道(由該使用者至其他通訊裝置)或經由一下行通道(由其他通訊裝置傳送至該使用者)於該使用者與其他通訊 裝置間傳送，且每一VoIP封包皆包含RTP資訊，也就是一RTP時間標籤及一序號。

該電子裝置100包含一RTP模組10、一緩衝區20、一音頻控制模組(Audio Controlling Module)30、一音頻模組(Audio Module)40，及一VoIP應用程式50。該電子裝置100具有兩種功能：其可為一接收器或一傳送器，該電子裝置100內所包含的模組會因其角色(接收器或傳送器)之不同而執行不同的功能。

當該電子裝置100運作為一傳送器時，該音頻模組40係用以依據使用者之聲音而產生原始資料，並將該原始資料輸出至音頻控制模組30。而該音頻控制模組30係用以壓縮該等原始資料並產生壓縮原始資料。該RTP模組10係用以封包化(packetize)該等壓縮原始資料以產生複數個VoIP封包，並將其傳輸至儲存於該電子裝置100之VoIP應用程式50。之後，該VoIP應用程式50會將該等VoIP封包經由一下行通道由該電子裝置100傳送至其它通訊裝置(例如：VoIP會議之參加者)。

當該電子裝置100係作為一個接收器時，該RTP模組10係用以由其他通訊裝置接收複數個VoIP封包，並將其解封包(depacketize)，換言之，此時，RTP模組10係用以移除該等VoIP封包之表頭(headers)。於解封包後，該等VoIP封包會被插入至該緩衝區20。

於一VoIP會議中，當該網路中所傳輸之話務量(traffic)過於壅塞時，該等VoIP封包於到達該電子裝置100時可能會出現失序情形，例如：封包遲延或遺失。在這種情形下，該緩衝區20係藉由產生虛擬封包(pseudo packets)以重新排序(reordering)該等 VoIP封包或執行封包遲延處理，此等功能會於描述圖2及圖3時進一步介紹。該音頻控制模組30係用以解壓縮該等VoIP封包為原始資料，並且於接收到虛擬封包時產生柔和噪音(comfort noise)。最後，該原始資料及該柔和噪音被輸出至該音頻模組40並藉由該音頻模組40而被播放。

該緩衝區20可以是一個抖動緩衝區，且其大小係可被動態調整的。在本實施例中，該緩衝區20包含複數個用以儲存自該RTP模組10輸出之該等VoIP封包的空間。請參見圖2，當一個VoIP封包輸出至該緩衝區20時(下稱“到達之VoIP封包”)，該緩衝區20首先判斷其是否為空，若是，則直接將該到達之VoIP封包插入緩衝區20。如圖2所示，封包0首先被插入緩衝區20。若該緩衝區20不為空，該緩衝區20則進一步判斷該到達之VoIP封包之序號與前一個被插入至該緩衝區20之VoIP封包(後稱“先前之VoIP封包”)之序號是否連續。例如：該緩衝區20判斷封包3(到達之VoIP封包)之序號與封包2(先前之VoIP封包)之序號是否連續。在此為了說明，所有儲存於該緩衝區20之不同型態之封包皆稱為“暫存封包”。在本寶施例中，該暫存封包包括VoIP封包及虛擬封包，且每一暫存封包皆具有一獨立序號。

若該到達之VoIP封包與該先前之VoIP封包之序號係連續的，則該到達之VoIP封包被插入至該緩衝區20。若該等序號係不連續的，則該緩衝區20確認該到達之VoIP封包與該先前之VoIP封包出現失序情形；之後，該緩衝區20並進一步判斷是否有一暫存封包，其具有與該到達之VoIP封包相同之序號。若該緩衝區20中並無此種封包(不論其是一VoIP封包或是一虛擬封包)，該緩衝區20計算該 先前之VoIP封包與該到達之VoIP封包的序號差，並依據該序號差以產生所需插入之虛擬封包個數；之後，再將該等虛擬封包與該到達之VoIP封包依序插入該緩衝區20。其中，所需插入之虛擬封包個數係等於該序號差再減去一。

若於該緩衝區20存在一暫存封包，且該暫存封包具有與該到達之VoIP封包相同之序號，則該緩衝區20進一步判斷該暫存封包是否為一虛擬封包。若該具有與該到達之VoIP封包序號相同之暫存封包是一虛擬封包，此時可知該到達之VoIP封包出現遲延，亦即，在其應到達而未到達時，該緩衝區20先產生虛擬封包並將虛擬封包插入至緩衝區20；而在該到達之VoIP封包最終到達時，該緩衝區20則將儲存於緩衝區20內之該虛擬封包置換成該到達之VoIP封包。

若該暫存封包不是一虛擬封包，而是一VoIP封包，則該緩衝區20確定該到達之VoIP封包與該暫存封包是否相同。換句話說，該到達之VoIP封包是因網路錯誤而導致其被重送一次，在這種情形下，該到達之VoIP封包被該緩衝區20直接丟棄。

圖2所示為使用該緩衝區20執行VoIP封包重新排序的例子。該等VoIP封包之到達次序為：封包0，封包2，封包3，封包1，依該等VoIP封包之序號可見其已發生失序的情形。首先，由於封包0到達時，該緩衝區20係為空的，此時，封包0被直接插入該緩衝區20中；之後，當封包2到達時，該緩衝區20偵測出封包2與封包0之序號並非連續，此時，該緩衝區20計算封包2與封包0之序號差以判斷所需插入之虛擬封包個數，該所需插入之虛擬封包個數即為該序號差減去1。於本例中，該序號差為2，可知該所需插入之 虛擬封包個數為1。如圖2所示，虛擬封包1則被插入該緩衝區20，封包2並於其後被插入至該緩衝區20。當封包1到達時，該緩衝區20判斷在該緩衝區20內，是否有一暫存封包具有與該封包1相同之序號存在，若有，則該緩衝區20進一步確定該暫存封包是否為一虛擬封包。於此例中，虛擬封包1與封包1具有相同序號，且其係為一虛擬封包，是以，該緩衝區20將該虛擬封包1置換為封包1。藉此，該等VoIP封包即便出現失序情形，其亦可於該緩衝區20被重新排序，之後，並進一步被依序輸出至該音頻控制模組30。

圖3所示為藉由該緩衝區20執行處理封包遲延之一範例。參見圖3，封包156至封包166中僅有封包160未依其正確次序到達。在本實施例中，封包159被插入於緩衝區20後，虛擬封包160也接著被插入於該緩衝區20中。於處理封包遲延之過程中，該緩衝區20係依據該到達之VoIP封包之RTP資訊(時間標籤及序號)以及該緩衝區20之大小來判斷該到達之VoIP封包是否遲延；以及若該到達之VoIP封包已發生遲延，則該到達之VoIP封包將被丟棄。

若該到達之VoIP封包之序號小於將被緩衝區20輸出之一暫存封包(後稱“離去封包”)的序號，則該到達之VoIP封包被判斷為其已發生遲延。舉例來說，當封包160(到達之VoIP封包)到達時，封包161(離去封包)在此時已將被該緩衝區20輸出，且封包160之序號係小於封包161之序號，是以封包160已發生遲延並因此被丟棄。之後，封包166被插入該緩衝區20。

該音頻控制模組30包含一柔和噪音產生器32，一解壓縮器34及一壓縮器36。該音頻控制模組30係用以判斷由該緩衝區20輸出之暫 存封包(後稱“輸出輸包”)是否為一虛擬封包或一VoIP封包。若該輸出封包係為一虛擬封包，則該輸出封包直接被傳送至該柔和噪音產生器32以進一步產生柔和噪音；若該輸出封包係為一VoIP封包，則該輸出封包則被傳送至該解壓縮器34以進一步被解壓縮為原始資料。

該音頻模組40被組態以接收該柔和噪音或該原始資料，並於之後藉由音頻模組40內之驅動程式播放該柔和噪音或該原始資料。藉此，即便該等VoIP封包已出現失序，該柔和噪音亦會於此時被播放，進而讓該VoIP會議之參加者不會感覺對話中斷。

圖4所示，係本發明用以處理VoIP封包的方法之較佳實施例之流程圖。首先，步驟S2，該緩衝區20接收一個到達之VoIP封包。

步驟S4，判斷該緩衝區20其是否為空。若該緩衝區20係為空，則於步驟S22，該到達之VoIP封包被直接插入至該緩衝區20。若該緩衝區20不為空，則在步驟S6，該緩衝區20依據該到達之VoIP封包之RTP資訊及該緩衝區20之大小判斷該到達之VoIP封包是否遲延。若該到達之VoIP封包遲延，則於步驟S8，該緩衝區20丟棄該到達之VoIP封包。若該到達之VoIP封包未發生遲延。相反，則於步驟S10，該緩衝區20依據該到達之VoIP封包及先前之VoIP封包的序號來判斷該到達之VoIP封包是否失序。

若該到達之VoIP封包係依正確順序到達，則於步驟S22，插入該到達之VoIP封包至該緩衝區20。若該到達之VoIP封包已失序，則於步驟S12，判斷該緩衝區20是否存在判斷一暫存封包，且該暫存封包之序號係與該到達之VoIP封包之序號相同。若該緩衝區20內存在此等暫存封包，則於步驟S14，該緩衝區20判斷判斷該暫 存封包是否為一虛擬封包。若該暫存封包係為一虛擬封包，則於步驟S18，該緩衝區20將該到達之VoIP封包置換該虛擬封包。若該暫存封包係非為一虛擬封包，則於步驟S8，丟棄該到達之VoIP封包。

於步驟16，若該緩衝區20內未存在一具有與該到達之VoIP封包序號相同之暫存封包，則該緩衝區20計算該到達之VoIP封包與該先前之VoIP封包之序號差。其中，該所需要插入之虛擬封包數係為該序號差減去1。於步驟S20，該緩衝區20產生該所需要插入之虛擬封包並將該等虛擬封包及該到達之VoIP封包依序插入該緩衝區20。

圖5所示，係本發明中音頻控制模組30所執行方法之較佳實施例之流程圖。首先，步驟S30，該音頻控制模組30接收該緩衝區20發送的一個暫存封包。於步驟S32，該音頻控制模組30判斷該暫存封包是否為一虛擬封包。若該暫存封包係為一虛擬封包，於步驟S34，該音頻控制模組30藉由該柔和噪音產生器32而產生柔和噪音，並將該暫存封包取代為該所產生之柔和噪音。若該暫存封包不是一虛擬封包，而是一個VoIP封包，則於步驟S36，該解壓縮器34將該暫存封包解壓縮為原始資料。最後，於步驟S38，該音頻控制模組30將該原始資料及柔和噪音輸出至該音頻模組40。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧即時傳輸協定(RTP)模組

100‧‧‧電子裝置

20‧‧‧緩衝區

30‧‧‧音頻控制模組

32‧‧‧柔和噪音產生器

34‧‧‧解壓縮器

36‧‧‧壓縮器

40‧‧‧音頻模組

50‧‧‧VoIP應用程式

Claims (15)

1. 一種用以處理網際網路語音協定(Voice Over Internet Protocol，VoIP)封包的方法，該方法包括如下步驟：(a)傳送一個VoIP封包至一緩衝區；(b)該緩衝區在儲存该到達之VoIP封包之前依據該到達之VoIP封包及先前之VoIP封包之序號判斷該到達之VoIP封包是否失序；(c)若該到達之VoIP封包已失序，則判斷該緩衝區內是否存在一個與該到達之VoIP封包相同序號之封包；(d)若該緩衝區中未存在與該到達之VoIP封包相同序號之封包，計算該到達之VoIP封包與先前之VoIP封包之序號差；(e)依據該序號差來計算所需插入至該緩衝區之虛擬封包，並產生該等虛擬封包；以及(f)依序將該等虛擬封包及該到達之VoIP封包插入至該緩衝區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含：於步驟(a)後，判斷該緩衝區是否為空；及若該緩衝區為空，則將該到達之VoIP封包插入至該緩衝區。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中每一到達之VoIP封包具有即時傳輸協定(real time transport protocol)資訊，該即時傳輸協定資訊包含時間標籤及框架序號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，於步驟(a)之後，其進一步包含步驟：(a1)依據該即時傳輸協定資訊及該緩衝區之大小來判斷該到達之VoIP封包是否遲延，若該到達之VoIP封包發生遲延，則丟棄該到達之VoIP封包，若該到達之VoIP封包未發生遲延，則執行步驟(c)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟(b)進一步包含：若該到達之VoIP封包未失序，則該將到達VoIP封包插入至該緩衝區。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟(c)進一步包含：(c1)若該緩衝區具有與該到達之VoIP封包相同序號之一封包，則判斷該封包是否為一VoIP封包；(c11)若緩衝區內之該封包係為一VoIP封包，則丟棄該到達之VoIP封包；以及(c12)若緩衝區內之該封包為一虛擬封包，則將其取代為該到達之VoIP封包。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，於步驟(f)之後，其進一步包含步驟：(g)依序輸出緩衝區內之封包至一音頻控制模組，其中被輸出之封包包含虛擬封包及VoIP封包。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，於步驟(g)之後，其進一步包含步驟：(h)判斷該輸出之封包係為虛擬封包或VoIP封包；(h1)若該輸出之封包為虛擬封包則產生柔和噪音，將該柔和噪音輸出至一音頻模組以進一步播放；(h2)若該輸出之封包為VoIP封包則解壓縮該輸出封包為原始資料，並將該原始資料輸出至一音頻模組以進一步播放。
9. 一種用以處理網際網路語音協定(VoIP)封包的裝置，該裝置包含一即時傳輸協定模組、一緩衝區、一音頻控制模組，其中：該即時傳輸協定模組係組態以接收複數個VoIP封包，以及將該等到達之VoIP封包傳送至該緩衝區；該緩衝區係組態於儲存该到達之VoIP封包之前依據該到達之VoIP封包及 先前之VoIP封包之序號判斷該到達之VoIP封包是否失序；該緩衝區係組態於當該到達之VoIP封包失序時產生虛擬封包，並且將該等虛擬封包及該到達之VoIP封包重新排序後輸出至該音頻控制模組；以及該音頻控制模組係組態為當輸出封包為虛擬封包時則產生柔和噪音，及當輸出封包為VoIP封包時則將其解壓縮為原始資料。
10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該緩衝區係依據該到達之VoIP封包及先前之VoIP封包的序號來判斷該到達之VoIP封包是否失序。
11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該緩衝區係組態為於該到達之VoIP封包失序時，判斷該緩衝區內是否存在一與該到達之VoIP封包序號相同之封包，若無此等封包，則計算該到達之VoIP封包與該先前之VoIP封包之序號差，再根據該序號差計算所需插入之虛擬封包數，並依序插入該虛擬封包及該到達之VoIP封包。
12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該緩衝區進一步組態以於該緩衝區內具有與該到達之VoIP封包相同序號之封包時，判定該封包是否為一VoIP封包，若其為一VoIP封包時則將其丟棄，若其為一虛擬封包，則將其置換為該到達之VoIP封包。
13. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該緩衝區進一步組態以依據即時傳輸協定資訊與該緩衝區之大小來判斷該到達之VoIP封包是否遲延，並且於該到達之VoIP封包發生遲延時將其丟棄。
14. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該緩衝區進一步組態為於該到達之VoIP封包未發生失序時，將該到達之VoIP封包插入至該緩衝區。
15. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其進一步包含一音頻模組，用以播放由該音頻控制模組輸出之該柔和噪音及該原始資料。