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        分組話音在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案

        2015-11-02 09:19:53改造者張大明宋崢東
        中國(guó)科技信息 2015年15期
        關(guān)鍵詞:話音編解碼窄帶

        改造者:張大明 宋崢東

        分組話音在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案

        改造者:張大明 宋崢東

        話音組播在某些專用通信系統(tǒng)中具有特殊作用,窄帶信道組網(wǎng)時(shí)話音組播的實(shí)現(xiàn)是話音實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。文章提出了一種基于多目組播算法的分組話音在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案,介紹了方案的關(guān)鍵算法,并應(yīng)用該方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)驗(yàn)證該方案在窄帶信道組網(wǎng)時(shí)切實(shí)可行,為專用通信系統(tǒng)的分組話音組播提供了一種可行方案。

        話音通信在通信系統(tǒng)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位,隨著通信的迅猛發(fā)展,編碼格式為PCM的分組話音已成為當(dāng)今終端話音的主流。而在某些專用通信系統(tǒng)中,傳輸信道為無(wú)線窄帶電臺(tái),信道速率只具有4800bits/s或9600bits/s,如何將速率為64000bits/s的PCM分組話音在不同節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行話音組播成為系統(tǒng)話音實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

        本文提出了一種基于多目組播算法的分組話組播實(shí)現(xiàn)方案。

        算法

        話音數(shù)據(jù)算法

        分組話音在傳輸信道若以PCM話音編碼方式進(jìn)行傳輸,則信道速率為4800bit/s或9600bit/s的傳輸信道無(wú)法滿足對(duì)速率為64000bits/s的PCM分組話音的實(shí)時(shí)傳輸。在本實(shí)現(xiàn)方案中,采用對(duì)話音編碼進(jìn)行無(wú)失真編解碼轉(zhuǎn)換,源端完成話音編碼轉(zhuǎn)換,將速率為64000bits/s,每20ms產(chǎn)生一幀為160字節(jié)的PCM編碼轉(zhuǎn)換為速率為2400bits/s,每50ms產(chǎn)生一幀為15字節(jié)的AHELP話音幀;接收端將AHELP話音幀還原為PCM話音幀送話音終端。

        為了匹配信道的傳輸特性,通常在信道傳輸時(shí),會(huì)對(duì)聲碼話進(jìn)行分組處理,即將多幀聲碼話音按既定協(xié)議組成一個(gè)分組包進(jìn)行傳輸。如:將10幀AHELP聲碼話音幀組成一個(gè)分組包,分組包內(nèi)有效話音為10×15byte=150byte。具體組包數(shù)可根據(jù)實(shí)際信道特性進(jìn)行調(diào)整。

        多目組播算法

        多目組播算法的核心為通過(guò)單播路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)組播功能。由源用戶指定組播用戶列表,當(dāng)組播報(bào)文由源用戶交給組播模塊發(fā)送時(shí),需在IP報(bào)頭后列出各組播用戶的IP地址。組播模塊作為組播代理,當(dāng)收到組播報(bào)文后,將逐個(gè)分析組播用戶列表中的IP地址,對(duì)每個(gè)IP地址按單播路由的原理選擇相應(yīng)的路由出口下一跳,完成對(duì)IP地址選路后,將根據(jù)出口及下一跳節(jié)點(diǎn)的情況,把下一跳相同的分為一類,同一類地址在一個(gè)報(bào)文里重新構(gòu)建組播報(bào)文,將組播報(bào)文發(fā)給下一跳組播代理,直到報(bào)文到達(dá)最終接收用戶。組播用戶組網(wǎng)見(jiàn)圖1。

        圖1 組播用戶組網(wǎng)圖

        圖2 用戶a組播報(bào)文示意圖

        圖3 發(fā)送設(shè)備B組播報(bào)文

        圖4 發(fā)送設(shè)備E組播報(bào)文

        用戶a需要發(fā)送組播報(bào)文到用戶c、用戶d、用戶e。首先用戶a通過(guò)組播用戶列表把需要發(fā)送的用戶地址收集起來(lái)以圖2的方式構(gòu)建組播報(bào)文。

        用戶a通過(guò)單播的方式把數(shù)據(jù)發(fā)送給設(shè)備A的組播代理,設(shè)備A的組播代理通過(guò)檢查目的用戶列表IPc、IPd、IPe,針對(duì)這3個(gè)地址查找路由表,把下一跳地址相同的歸在一類,其中IPc、IPd的下一跳都是設(shè)備B,而IPe的下一跳地址是設(shè)備E,因此組播報(bào)文分成兩類,設(shè)備A把組播報(bào)文分別發(fā)送給設(shè)備B和E,以此類推直到完成整個(gè)組播報(bào)文傳輸過(guò)程。

        采用這種改進(jìn)多目的地尋址方式是把傳統(tǒng)的多目的地尋址與有源組播樹(shù)的方式結(jié)合起來(lái),由信源確定目的組播組成員的信息,源路由設(shè)備根據(jù)組成員的位置以及單播路由表來(lái)構(gòu)造組播有源樹(shù),但該樹(shù)不需要專門的組播路由協(xié)議的支持(因而避免了組播路由協(xié)議對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗),而是采用在組播分組中把相關(guān)組播組成員地址寫(xiě)入的辦法來(lái)代替組播路由協(xié)議的工作,因此中間轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單,不需要存儲(chǔ)組播組的信息,只需要根據(jù)分組頭里的目的地址域進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作即可。

        圖5 話音組播應(yīng)用組網(wǎng)圖

        圖6 源節(jié)點(diǎn)控制面流程

        設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

        圖7 中繼節(jié)點(diǎn)控制面流程

        圖8 末端節(jié)點(diǎn)控制面流程

        網(wǎng)絡(luò)模型

        話音組播應(yīng)用組網(wǎng)如圖5所示,交換設(shè)備實(shí)現(xiàn)話音終端用戶接入、編解碼轉(zhuǎn)換、組播代理等功能。話音用戶通過(guò)以太網(wǎng)與交換設(shè)備互聯(lián), 交換設(shè)備A、交換設(shè)備B、交換設(shè)備C通過(guò)無(wú)線窄帶信道互聯(lián)組成無(wú)線子網(wǎng),交換設(shè)備C、交換設(shè)備D、交換設(shè)備E通過(guò)無(wú)線窄帶信道互聯(lián)組成無(wú)線子網(wǎng),交換設(shè)備C作為中繼節(jié)點(diǎn)。話音組播實(shí)現(xiàn)用戶a1講話,用戶b、用戶c、用戶d及用戶e1同時(shí)聽(tīng)到。

        軟件設(shè)計(jì)

        在圖5中,交換設(shè)備分別位于源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、末端節(jié)點(diǎn),不同節(jié)點(diǎn)的軟件實(shí)現(xiàn)流程各不相同。

        控制面軟件設(shè)計(jì)

        源節(jié)點(diǎn)話音組播軟件控制面流程如圖6所示。

        交換設(shè)備A作為源節(jié)點(diǎn),占用編解碼轉(zhuǎn)換資源,同時(shí)根據(jù)參加話音組播的成員,運(yùn)用多目組播算法,生成兩類會(huì)話報(bào)文,分別發(fā)送交換設(shè)備B和交換設(shè)備C。

        中繼節(jié)點(diǎn)話音組播軟件控制面流程如圖7所示。

        交換設(shè)備C作為中繼節(jié)點(diǎn),收到會(huì)話信令報(bào)文后,占用編解碼轉(zhuǎn)換資源,匹配相應(yīng)話音終端,生成通話對(duì)信息表。運(yùn)用多目組播算法生成會(huì)話信令,發(fā)送交換設(shè)備D和交換設(shè)備E。

        末端節(jié)點(diǎn)話音組播軟件控制面流程如圖8所示。

        交換設(shè)備B、交換設(shè)備D和交換設(shè)備E作為末端節(jié)點(diǎn),收到會(huì)話報(bào)文后,占用編解碼轉(zhuǎn)換資源,匹配相應(yīng)話音終端,生成通話對(duì)信息表。

        業(yè)務(wù)面軟件設(shè)計(jì)

        交換設(shè)備A作為源節(jié)點(diǎn),對(duì)話音進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換,將PCM話音轉(zhuǎn)換為AHELP話音,并根據(jù)信道傳輸特性,將多包AHELP話音分組,封裝后發(fā)送交換設(shè)備B和交換設(shè)備C。

        交換設(shè)備C作為中繼節(jié)點(diǎn),收到分組話音包后,轉(zhuǎn)發(fā)話音包到交換設(shè)備D和交換設(shè)備E, 對(duì)話音拆包后進(jìn)行編解碼轉(zhuǎn)換,將AHELP話音轉(zhuǎn)換為PCM話音發(fā)送相應(yīng)話音終端。

        交換設(shè)備B、交換設(shè)備D和交換設(shè)備E作為末端節(jié)點(diǎn),對(duì)話音拆包后進(jìn)行編解碼轉(zhuǎn)換,將AHELP話音轉(zhuǎn)換為PCM話音發(fā)送相應(yīng)話音終端。

        應(yīng)用驗(yàn)證

        試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境如圖5所示,5臺(tái)交換設(shè)備窄帶信道組網(wǎng),對(duì)話音組播進(jìn)行功能、性能測(cè)試,用戶a1講話,各節(jié)點(diǎn)用戶均可聽(tīng)到清晰流暢話音,驗(yàn)證了在窄帶信道速率為4800bits/s和9600bits/s時(shí)可實(shí)現(xiàn)分組話音組播功能。

        結(jié)語(yǔ)

        本文簡(jiǎn)介紹了一種基于多目組播算法的分組話在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案,并在交換設(shè)備的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中使用了這種方案,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性?;诙嗄拷M播算法的分組話在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案為窄帶信道組網(wǎng)的專用通信系統(tǒng)的分組話音組播提供了一種可行的實(shí)現(xiàn)方案。

        10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.039

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