Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện thoại trên Internet

......................................................... 10 1.2.4 Dịch vụ fax qua IP............................................................................. 11 1.2.5 Dịch vụ Call center........................................................................... 11 1.3 Thị tr−ờng hiện nay ................................................................................ 11 1.4 Xu h−ớng thị tr−ờng thoại Internet trong t−ơng lai ...................... 13 CHƯƠNG2 Công nghệ cơ sở ........................................................................... 16 2.1 Kỹ thuật nén tín hiệu thoại................................................................... 16 2.1.1 Tổng quan ........................................................................................... 16 2.1.2 Nguyên lý chung của bộ mH hoá CELP......................................... 18 2.1.3 Nguyên lý mH hoá CS-ACELP ........................................................ 21 2.1.3.1 Nguyên lý chung cuả bộ mH hoá ................................................ 21 2.1.3.2 Nguyên lý bộ mH hoá CS-ACELP .............................................. 22 2.1.3.3 Nguyên lý bộ giải mH CS-ACELP .............................................. 23 2.1.4 Chuẩn nén G.729A............................................................................ 24 2.1.5 Chuẩn nén G.729B ............................................................................ 26 2.2 Báo hiệu DTMF (Dial tone Multi Frequency )................................ 27 2.2.1 Báo hiệu DTMF qua bản tin UserInputIndication ....................... 27 2.2.1.1 Thiết bị đầu cuối thu phát DTMF ............................................... 28 2.2.1.2 Gateway thu phát DTMF ............................................................. 28 2.2.1.3 Gate Keeper thu và phát các tín hiệu âm thanh D.323............ 28 2.2.2 DTMF đ−ợc truyền thông qua giao thức thời gian thực RTP (Real time Transport Protocol) .................................................................................... 29 Phạm Việt Dũng lớp DTTH1 K40 Tr−ờng Đại học Bách khoa Hà Nội 1 2.3 Khử tiếng vọng ......................................................................................... 29 2.4 Cơ chế bảo mật. ....................................................................................... 30 2.4.1 Định nghĩa và khái niệm .................................................................. 31 2.4.2 Thu tục Authentication giữa hai đầu cuối ..................................... 32 2.4.2.1 Thủ tục Authentication của Diffie-Hellman ............................. 32 2.4.2.2 Thủ tục Authentication dựa vào nhận dạng. ............................. 33 2.4.3 Thủ tục Authentication giữa đầu cuối và Gatekeeper ................. 33 2.4.3.1 Thủ tục Authentication không có thông tin ngầm định tr−ớc.33 2.4.3.2 Thủ tục Authentication dựa trên thông tin ngầm định tr−ớc .. 34 2.4.4 Thủ tục mH hoá bảo mật luồng dữ liệu. ......................................... 34 2.4.5 Xử lý khi nhận thấy mất an toàn ..................................................... 34 2.4.6 Ví dụ bảo mật bằng cách sử dụng Token ...................................... 34 CHƯƠNG3 Cấu trúc mạng và cấu hình chuẩn của mạng IP. ......... 36 3.1 Tổng quan về cấu hình chuẩn của mạng VoIP ............................... 36 3.2 Các cấu hình chuẩn và chức năng của các phần tử ....................... 37 3.2.1 Thiết bị đầu cuối................................................................................ 37 3.2.2 Mạng truy nhập IP............................................................................. 38 3.2.3 Gatekeeper (GK) ............................................................................... 38 3.2.4 Gateway(GW) .................................................................................... 39 3.3 Các giao diện chuẩn................................................................................ 42 3.3.1 Một thí dụ về cấu hình mạng VoIP ............................................... 44 CHƯƠNG4 Xử lý cuộc gọi và tính c−ớc...................................................... 45 4.1 Đăng ký dịch vụ ....................................................................................... 45 4.2 Thiết lập cuộc gọi .................................................................................... 46 4.2.1 Cuộc gọi từ đầu cuối H.323 tới thuê bao trong SCN. .................. 46 4.2.2 Cuộc gọi thuê bao trong mạng SCN tới đầu cuối H.323: ........... 48 4.2.3 Phối hợp hoạt động với báo hiệu DTMF: ...................................... 50 4.2.4 Lựa chọn nhà cung cấp mạng:......................................................... 50 4.3 Thực hiện cuộc gọi .................................................................................. 50 4.3.1 Khái niệm chung ............................................................................... 50 4.3.2 Các tr−ờng hợp ngoại lệ trong giai đoạn thực hiện cuộc gọi...... 51 4.4 Giải phóng cuộc gọi: ............................................................................... 51 4.5 Nhận dạng thuê bao chủ gọi................................................................. 51 4.6 Mô hình tính c−ớc và cách tính c−ớc trong mạng VOIP .............. 52 CHƯƠNG5 Đánh số và chuyển đổi địa chỉ ............................................... 58 5.1 Yêu cầu chung .......................................................................................... 58 5.1.1 Yêu cầu với cuộc gọi từ IP đến PSTN:........................................... 58 5.1.2 Yêu cầu đối với cuộc gọi từ PSTN đến IP:.................................... 59 5.1.3 Yêu cầu đối với cuộc gọi từ PSTN đến IP đến PSTN:................. 59 5.1.4 Yêu cầu đối với cuộc gọi từ IP đến PSTN đến IP: ....................... 59 5.1.5 Các ph−ơng thức quay số: ................................................................ 59 5.1.6 Các số lựa chọn.................................................................................. 60 5.2 Ph−ơng pháp đánh số thuê bao:.......................................................... 61 5.2.1 Yêu cầu đối với quy tắc đánh số:.................................................... 61 5.2.2 Quy tắc đánh số để hỗ trợ tại giao diện đối với mạng PSTN: .... 61 5.2.3 Ph−ơng pháp đánh số thuê bao........................................................ 62 5.2.3.1 Quy tắc của IETF .......................................................................... 62 5.2.3.2 Khuyến nghị của ETSI ................................................................. 63 5.3 Ph−ơng pháp chuyển đổi số E.164 và địa chỉ IP: ........................... 65 5.3.1 Khuyến nghị của IETF ..................................................................... 65 5.3.2 Định tuyến cho các loại hình dịch vụ ............................................ 66 5.4 Ph−ơng pháp định tuyến giữa PSTN và IP ...................................... 68 5.4.1 Cách thứ nhất ..................................................................................... 68 5.4.2 Cách thứ hai. ...................................................................................... 68 5.4.3 Cách thứ ba ......................................................................................... 69 5.5 Kết luận...................................................................................................... 69 CHƯƠNG6 Đánh giá chất l−ợng dịch vụ................................................... 70 6.1 Đánh giá theo chủ quan......................................................................... 70 6.2 Đánh giá theo khách quan .................................................................... 70 6.3 Đánh giá theo độ trễ ............................................................................... 73 CHƯƠNG7 Khả năng triển khai dịch vụ ................................................... 74 7.1 Các động lực chính.................................................................................. 74 7.2 khả năng phổ biến dịch vụ thoại qua Internet ................................ 74 7.2.1 Ph−ơng án 1: Dịch vụ thoại Internet là thứ yếu ............................ 75 7.2.2 Ph−ơng án 2 :dịch vụ thoại Internet chiễm lĩnh thị tr−ờng......... 76 7.3 Sự ảnh h−ởng đến các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông .............. 77 7.3.1 T−ơng lai của mạng viễn thông....................................................... 78 7.3.2 Sự thay đổi nhu cầu của khách hàng .............................................. 79 7.3.3 Vị trí của IP và sự liên quan với mạng chuyển mạch kênh. ....... 79 7.3.4 Chiến l−ợc của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông với dịch vụ IP. 80 7.3.4.1 Nhà khai thác mạng truy nhập và mạng đ−ờng dài. ................ 81 7.3.4.2 Nhà khai thác mạng đ−ờng trục .................................................. 82 7.3.4.3 Nhà khai thác mạng truy nhập. ................................................... 82 CHƯƠNG8 thiết kế Gateway thoại Internet và mô tả phần mềm VIPGATE. 84 8.1 Môi tr−ờng phát triển ............................................................................ 84 8.1.1 tổng quan ............................................................................................ 84 8.1.2 Cấu trúc phần cứng : ......................................................................... 85 8.2 Giải pháp thiết lập bộ đệm . ................................................................. 88 8.2.1 Ph−ơng pháp truyền dữ liệu qua 3 bộ đệm.................................... 89 8.2.2 Ph−ơng thức truyền dữ liệu qua hai bộ đệm. ................................ 90 8.3 Triệt tiếng vọng........................................................................................ 91 8.4 Phần mềm VIPGate................................................................................ 91 8.4.1 Giới thiệu chung ................................................................................ 91 8.4.2 Cấu trúc ch−ơng trình ....................................................................... 92 8.4.2.1 Điều khiển xử lý cuộc gọi............................................................ 92 8.4.2.2 Nén Tín hiệu thoại......................................................................... 92 8.4.2.3 Điều khiển truyền dữ liệu trên mạng IP .................................... 93 8.4.3 Đặc tính kỹ thuật của VIPGate ....................................................... 93 8.4.3.1 Tính năng và yêu cầu kỹ thuật .................................................... 93 8.4.3.2 Giao diện ng−ời sử dụng .............................................................. 93 CHƯƠNG9 thử nghiệm Dịch vụ thoại Internet....................................... 96 9.1 Cấu hình thử nghiệm.............................................................................. 96 9.2 Cấu hình đo kiểm .................................................................................... 96 9.3 Kết quả đánh giá chất l−ợng dịch vụ. ................................................ 98 lời nói đầu Đầu năm 1995 công ty VocalTec đ−a ra sản phẩm phần mềm thoại qua Internet (kết nối điểm -điểm) đầu tiên trên thế giới .Sau đó ,nhiều công ty đH đầu t− nghiên cứu và đ−a ra các sản phẩm th−ơng mại.Tháng 3/1996 ,VocalTec kết hợp với Dialogic đH đ−a ra sản phẩm cổng kết nối PSTN và Internet đầu tiên trên thế giới.Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua máy tính ECTF đH ra đời nhằm đ−a ra các tiêu chuẩn thoại qua Internet .Hiệp hội bao gồm 36 các công ty máy tính và viễn thông hàng đầu thế giới nh− AT&T ,IBM,Sun Microsystems,Digital,Ericsson,v.v... Mặc dù công nghệ thoại qua Internet đH đ−ợc th−ơng mại hoá từ năm 1995,nh−ng việc nghiên cứu về lĩnh vực này ở Việt Nam còn quá ít.Với lợi thế giá c−ớc thấp ,dịch vụ thoại qua mạng Internet thực sự đH làm nhiều nhà kinh doanh viễn thông quan tâm. Trong thời gian thực tập từ 1/12/1999 em đH có may mắn đ−ợc tham gia cùng nhóm nghiên cứu ứng dụng công nghệ thoại trong mạng Internet ở Việt Nam tại phòng Chuyển mạch Viện Khoa Học Kỹ Thuật B−u Điện.Vì thời gian có hạn nên trong khuôn khổ bản đồ án tốt nghiệp này chỉ xin đề cập đến những vấn đề cơ bản của công nghệ Internet Telephony và những kết quả công việc mà em đH thu thập và thực hiên trong thời gian qua. Hiện tại dịch vụ Thoại qua Internet vẫn ch−a đ−ợc xem là hợp pháp ở Việt Nam nh−ng việc nghiên cứu dịch vụ này là rất cần thiết để có thể theo kịp và nắm bắt đ−ợc công nghệ mới trong t−ơng lai.Em xin chân thành cảm ơn thày giáo Ngọ Văn Toàn khoa điện tử viễn thông tr−òng đại học Bách khoa Hà Nội,kỹ s− Nguyễn Ngọc Thành cùng toàn thể các cán bộ nghiên cứu phòng chuyển mạch Viện Khoa học Kỹ Thuật B−u Điện đH giúp đỡ Em thời gian qua. Sinh viên :Phạm Việt Dũng. C h a p t e r 1 CHƯƠNG1 Ưu thế và xu h−ớng phát triển của điện thoại Internet: 1.1 Những −u thế của dịch vụ thoại qua internet. Đầu năm 1995 công ty VocalTec đ−a ra sản phẩm phần mềm Internet Telephony đầu tiên trên thế giới .Sau đó nhiều công ty viễn thông lớn đH đầu t− đ−a ra những sản phẩm th−ơng mại nh−ng kết quả còn nhiều hạn chế .Gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin ,chât l−ợng của thoại Internet đH gần đạt đến chất l−ợng của thoại truyền thống PSTN .Một số hHng viễn thông lớn nh− AT&T Sprint và Telstra đH thông báo về việc chuyển các mạng viễn thông chủ đạo sang nền chuyển mạch gói .Điều này có nghĩa là phần lớn l−u l−ợng thoại sẽ đ−ợc truyền qua mạng mạch gói trong thời gian không xa .Điện thoại qua Internet đH gây đ−ợc sự chú ý mạnh mẽ nhất và có khả năng để trở thành nền tảng cho mạng thoại công nghệ chuyển mạch gói .Một bí quyết thành công của dịch vụ thoại qua mạng Internet là khả năng đáp ứng nh− dịch vụ thoại truyền thống đặc biệt là trong thoại đ−ờng dài . Bảng 1:Giá thành của dịch vụ thoại Internet * Giao dịch điện thoại Giá chuẩn (1) Giá chiết khấu (1) Giá tiết kiệm (1) Giá dịch vụ thoại qua Internet (2) USA -Germany $1.36 $0.89 $0.78 $0.10-$0.45 USA-Ngeria $1.86 $1.41 $1.28 $0.10-$0.45 usa-Saudi Arabia $1.87 $1.40 $1.27 $0.10-$0.45 USA-Singapore $1.56 $1.03 $0.90 $0.10-$0.45 *Có hiệu lực từ 12/97 Chú ý: (1) Bảng giá trên do AT&T định cho các giao dịch điện thoại từ Mỹ tới một số n−ớc và đ−ợc tính cho mỗi phút .Giá Chuẩn tính từ 14:00h đến 20:00h;Giá chiết khấu đ−ợc tính từ 20:00h đến 03:00h;Giá tiết kiệm đ−ợc tính từ 03:00h đến 14:00h hàng ngày. (2) Mức giá định sẵn của dịch vụ thoại qua Internet từ Mỹ tới một số n−ớc. Nguyên nhân khiến dịch vụ thoại qua Internet có giá thành thấp là do hiệu quả kỹ thuật và lợi thế kinh tế về mặt lâu dài (IDC trong ITU,1997).Theo Cian Pablo Villamil ,quản lý tại Andersen Consulting:”Ban đầu ng−ời ta cho rằng cơ hội này sẽ mất đi khi giá bắt đầu giảm xuống .Giờ đây, chúng ta mới nhận thấy rằng dịch vụ thoại Internet có lợi thế kinh tế lâu dài do chi phí cho các thiết bị ngày càng giảm đi” (Evagora ,1997). Công nghệ chuyển mạch gói sử dụng hiệu quả hơn so với công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống .Khi mạng PSTN đ−ợc lắp đặt ( vào cuối thế kỷ 19,đầu thế kỷ 20) ,thiết bị chuyển mạch rất đắt trong khi đó chi phí cho dây dẫn lại thấp.Đến những năm 70,giá thành của các thiết bị máy tính giảm.Vì vậy giá thành của các thiết bị chuyển mạch cũng hạ rất nhanh ,tốc độ giảm chi phí cho lắp đặt cáp cũng không theo kịp .(Theo ý kiến của Gordon Moore,một trong những nhà sáng lập công ty Inlel).Ngày nay các bộ Touter với giá thành thấp đH thay thế bộ chuyển mạch và dây dẫn với giá thành đang tăng dần ,thì những chuyển mạch gói tiết kiệm hơn,do đó sẽ cung cấp đ−ợc dữ liệu có hiệu quả hơn nhiều. Đối với chuyển mạch gói ,giá thành là khoảng 4US cents /1Kbyte, so với 15cents /1Kbytes dữ liệu của chuyển mạch kênh Một số ng−ời vẫn băn khoăn về việc chia tín hiệu thoại thành một số l−ợng lớn các gói và việc thêm phần mào đầu vào mỗi gói để đ−a ra luồng dữ liệu.Điều này ít nhiều có ý nghĩa quan trọng trong việc cập nhật kỹ thuật nén mà đ−ợc tạo ra bới các đầu cuối của Internet hơn là nâng cấp phần cứng của PSTN .Trong hệ thống chuyển mạch kênh ,toàn bộ phần cứng trong toàn bộ mạng cần đ−ợc nâng cấp để tận dụng đ−ợc các tiến bộ của kỹ thuật nén.Các đầu cuối Internet ,các PC chuẩn có thể thực hiện bất kể công nghệ nén tốt nhất hay không ,và bất kể là chúng ở đâu. Khách hàng có thể sử dụng IP cho mọi việc do đó có đ−ợc mạng chung cho cả dịch vụ thoại trên Internet hoặc Intranet nh− multimedia. Ngay cả trong tr−ờng hợp đơn giản nhất ,tiếng nói đ−ợc chuyển qua Internet cũng khó mà sai lệch hơn so với tiếng nói trong dạng t−ơng tự truyền qua cáp đồng xoắn .Vấn đề chủ yếu khi đóng gói phần mềm mH hoá tín hiệu thoại thành các gói cũng bị biến đổi.Nhiều nhà toán học đH cho rằng phải cần đến SuperComputer hoạt động trong vài tuần , thậm chí vài tháng để thực hiện đ−ợc cuộc gọi trong hai phút. Tính kinh tế của quy mô rất thấy rõ trong hệ thống , bởi vì Internet cũng nh− PSTN là một hệ thống gồm nhiều mạng .Thậm chí một PSTN nhỏ cũng tận dụng đ−ợc kết nối với các mạng khác. Các tiêu chuẩn chung cho dịch vụ thoại qua Internet Hầu hết các nhà đầu t− trên thị tr−ờng đều chấp nhận tiêu chuẩn H.323 và T.120 mà có khả năng hoạt động trong phạm vi quốc tế. (Thực hiện tiêu chuẩn này có một ý nghĩa là bất kỳ một ng−ời sử dụng IP nào cũng có thể nói chuyện đ−ợc với một IP khác.) .Theo Fost và sullivan ,ng−ời ta hi vọng rằng tiêu chuẩn quốc tế mới này sẽ dẫn đến sự tăng tr−ởng mạnh ở trên thị tr−òng của dịch vụ thoại Internet trong những năm tới . Chính sách trợ giúp công cộng ,đặc biệt ở Mỹ ,đH làm cho quá trình phát triển ít tốn kém hơn so với PSTN.Suốt trong thời gian phát triển qua, nhờ có các cơ quan nhà n−ớc nên ng−ời ta không cần đến bộ phận nghiên cứu và phát triển thị tr−ờng để thu hồi vốn ít nhất là ở Mỹ ,các ISP không phải trả phí truy nhập. Dịch vụ thoại Internet đH bỏ qua hệ thống tính giá quốc tế.Một nhà cung cấp dịch vụ thoại Internet với Gateway trong phạm vi n−ớc ngoài chỉ phải trả phí giao dich quốc tế của quốc gia đó , hoặc chi phí cho cuộc gọi nội hạt chứ không phải là thanh toán chi phí quốc tế. 1.2 Sự phát triển của các dịch vụ điện thoại Internet: Năm 1994 1998 Môi tr−ờng sử dụng PC-PC -PC-PC -PC-Fax -PC-điện thoại -Điện thoại -điện thoại Loại khách hàng Nhà phát triển phần mềm VoIP -ISP -Nhà bán lẻ -Nhà khai thác mạng Khả năng hoạt động với các mạng khác Theo tiêu chuẩn của riêng từng hHng phát triển T−ơng thích tiêu chuẩn ITU H323, cho phép hoạt động giữa các Gateway Chất l−ợng dịch vụ kém Gần bằng chất l−ợng thoại qua PSTN Bảng 1.2 Sự phát triển của thoại qua IP Điện thoại Internet không chỉ còn là công nghệ cho giới sử dụng máy tính mà cho cả ng−ời sử dụng điện thoại quay vào Gateway.Dịch vụ này đ−ợc một số nhà khai thác lớn cung cấp và chất l−ợng thoại không thua kém chất l−ợng của mạng thoại thông th−ờng,đặc biệt là trên các tuyến quốc tế . Mặc dù vẫn còn một số vấn đề về độ t−ơng thích của các Gateway ,các vấn đề này sẽ sớm đ−ợc giải quyết khi tiêu chuẩn H.323 của ITU đ−ợc sử dụng rộng rHi. suốt từ khi các máy tính bắt đầu kết nối vói nhau ,vấn đề các mạng ph−c hợp luôn là mối quan tâm của mọi ng−ời .Mạng máy tính phát triển bên cạnh mạng điện thoại .Các mạng máy tính và mạng điện thoại song song tồn tại ngay trong cùng một cơ cấu ,giữa các cơ cấu khác nhau ,và trong mạng rộng WAN .Công nghệ thoại IP không ngay lập tức đe doạ đến mạng điện thoại toàn cầu mà nó sẽ dần thay thế thoại chuyển mạch kênh truyền thống. Sau đây là các ứng dụng của dịch vụ thoại Internet tiêu biểu: 1.2.1 Thoại thông minh Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu : rẻ ,phổ biến ,dễ sử dụng ,cơ động .Nh−ng nó hoàn toàn “ngớ ngẩn “.Nó chỉ có 12 phím để điều khiển. Trong những năm gần đây ,ng−ời ta đH cố gắng để tạo ra thoại thông minh , đầu tiên là các thoại để bàn ,sau là đến các server .Nh−ng mọi có gắng đều thất bại do tồn tại các hệ thống có sẵn. Internet sẽ thay đổi điều này . Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu ,nó đH sử dụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu .Giữa máy tính và mạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ .Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển cuộc gọi một cách tiện lợi hơn. Chúng ta có thể thấy đ−ợc khả năng kiểm soát và điều khiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet . 1.2.2 Dịch vụ tính c−ớc cho bị gọi Thoại Internet giúp bạn có khả năng cung cấp dịch vụ tính c−ớc cho bị gọi đến các khách hàng n−ớc ngoài cũng giống nh− khách hàng trong n−ớc. Để thực hiện đ−ợc điều này ,bạn chỉ cần PC với hệ điều hành Window98 (hoặc Window 2000) ,địa chỉ kết nối Internet (tốc độ 28,8 kbps hoặc nhanh hơn ),và ch−ơng trình phần mềm chuyển đổi chẳng hạn nh− Quicknet’s Technologies Internet PhoneJACK. Thay vì gọi qua mạng điện thoại truyền thống ,khác hàng có thể gọi cho bạn qua Internet bằng việc sử dụng ch−ơng trình phần mềm chẳng hạn nh− Internet phone của Vocaltec hoặc Netmeeting của Mỉcrosoft .Với các ch−ơng trình phần mềm này ,khách hàng có thể gọi đến công ty của bạn cũng giống nh− việc họ gọi qua mạng PSTN. Bằng việc sử dụng ch−ơng trình chẳng hạn Internet Phone JACK ,bạn cũng có thể xử lý các cuộc gọi cũng giống nh− xử lý các cuộc gọi khác.Bạn có thể định tuyến các cuộc gọi này tới nhà vận hành ,tới các dịch vụ tự động trả lời ,tới các ACD. Trong thực tế ,hệ thống điện thoại qua Internet và hệ thống điện thoại truyền thống hoàn toàn nh− nhau. 1.2.3 Dịch vụ Callback Web “Worldwide Web “ đH làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với khách hàng của các doanh nghiệp. Với tất cả các tiềm năng của Web ,điện thoại vẫn là một ph−ơng tiện kinh doanh quan trọng trong nhiều n−ớc. Điện thoại Web hay “bấm số “ (ckick to dial ) cho phép các nhà doanh nghiệp có thể d−a thêm các phím bấm lên trang Web để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ . Dịch vụ bấm số là cách dễ dàng nhất và an toàn nhất để đ−a thêm các kênh trực tiếp từ trang Web của bạn vào hệ thống điện thoại. 1.2.4 Dịch vụ fax qua IP Nếu bạn gửi nhiều fax từ PC ,đặc biệt là gửi ra n−ớc ngoài thì việc sử dụng dịch vụ Internet fax sẽ giúp bạn tiết kiệm đ−ợc tiền và cả kênh thoại. Dịch vụ này sẽ chuyển trực tiếp từ PC của bạn qua kết nối Internet .Hàng năm ,thế giới tốn hơn 30tỷ USD cho việc gửi fax đ−ờng dài. Nh−ng ngày nay Internet fax đH làm thay đổi điều này .Việc sử dụng Internet không những đ−ợc mở rng cho thoại mà còn cho cả dịch vụ fax .Một trong những dịch vụ gửi fax đ−ợc −a chuộng nhất là comfax . Khi sử dụng dịch vụ thoại và fax qua Internet ,có hai vấn đề cơ bản: • Những ng−ời sử dụng dịch vụ thoại qua Internet cần có ch−ơng trình phần mềm chẳng hạn Quicknet’s Technologies Internet PhoneJACK .Cấu hình này cung cấp cho ng−ời sử dụng khả năng sử dụng thoại Internet thay cho sử dụng điện thoại để bàn truyền thông. • Kết nối một Gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hiện hành. Cấu hình này cung cấp dịch vụ thoại qua Internet giống nh− việc mở rộng hệ thống hiện hành của bạn. 1.2.5 Dịch vụ Call center GateWay call center với công nghệ thoại IP cho các nhà kiểm duyện trang Web với các PC trang bị multimedia kết nối đ−ợc với bộ phận phân phối các cuộc gọi tự động (ADC) .Một −u điểm của thoại IP là khả năng kết hợp cả thoại và dữ liệu trên cùng một kênh. 1.3 Thị tr−ờng hiện nay Hiện nay ,trên thị tr−ờng điện thoại Internet có một số nhà cung cấp dịch vụ lớn bao gồm các nhà vận hành mạng nh− AT&T ,Deutsche Telekom và Sonera nh−ng chủ yếu vẫn là các nhà cung cấp dịch vụ thẻ và bán lại.Điện thoại qua Internet ( Chủ yếu qua mạng Internet công cộng ) có thể giúp các nhà bán lẻ dịch vụ thoại giảm đ−ợc chi phí tăng lHi .Một số nhà cung cấp chính các loại dịch vụ này là Delta-3 , IDT , và USA GlobalLink .Các nhà cung cấp dịch vụ này không nói rõ dịch vụ của họ là thoại Internet và th−ờng sử dụng tuyến Internet nh− một tuyến chính nhằm giảm chi phí vì nó là tuyến rẻ nhất. Hàng triệu ng−ời không biết là mình đH từng sử dụng điện thoại Internet. Điện thoại Internet cũng tạo cơ hội cho một số hHng mới xâm nhập thị tr−ờng nh− Bestelsmann ở Đức .Đối với các nhà vận hành mạng mới đang triển khai dịch vụ Internet dung l−ợng cao,điện thoại Internet là một dịch vụ mới để cung cấp cho khách hàng , doanh nghiệp và cơ sở để tiếp cận thị tr−ờng dân c− và SME. Đối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet ,đây là một dịch vụ bổ sung làm cơ sở cho việc cạnh tranh và tạo nguồn thu mới. Nhà cung cấp kết nối toàn cầu Nhà môi giới Nhà vận hành mạng trên phạm vi toàn Nhà cung cấp dịch vụ Khách hàng ISP& nhà cung cấp ntruy nhập Doanh nghiêp Nhà cung cấp truy nhập ITSP SME &dân c− Hình 1-1 Chuỗi giá trị Một chuỗi giá trị riêng đ−ợc hình thành trong thế giới điện thoại Internet ,nơi mà các nhà vận hành mạng trên phạm vi toàn cầu và các nhà môi giới dịch vụ cung cấp kết nối ,thông tin c−ớc và quản lý mạng cho các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại Internet có thể không sở hữu mạng truy nhập cho dịch vụ.Điều này làm chô các nhà cung cấp mới thâm nhập thị tr−ờng –họ chỉ cần ký với một nhà môi giới ,thíêt lập một POT 24 cổng dùng truy nhập máy chủ chạy Windows NT,sử dụng mạng có sẵn để truy cập dịch vụ ( có thể các nhà vận hành mạng này cũng không biết điều gì đang diễn ra ) và có nguồn thu nhập ngay lập tức.Cho các nhà cung cấp dịch vụ có sở hữu mạng truy nhập , hoặc đH có khách hàng ,việc trở thành nhà cung cấp dịch vụ điện thoại Internet còn dễ dàng hơn nhiều với chỉ một ít đầu t− và thời gian Mặc dù hiện còn t−ơng đối nhỏ ( chỉ vài phần trăm của thị tr−ờng viễn thông ) , thị tr−ờng này đang tăng tr−ởng nhanh chóng .Sự tăng tr−ởng này đ−ợc thúc đẩy do giá cả và đặc biệt đối với một số tuyến .Nó đặc biệt thành công cho các tuyến kết nối tới các n−ớc nơi mà không mở cửa thị tr−ờng viễn thông cho cạnh tranh.ở đây ,các nhà cung cấp dịch vụ thoại Internet có thể lợi dụng các kẽ hở trong quy định hay chỉ đơn thuần hi vọng việc làm của mình không bị để ý.Tuy nhiên,điện thoại Internet không thể cạnh tranh đ−ợc các thị tr−ờng có cạnh tranh mạnh và thừa dung l−ợng. Điện thoại Internet hiện tác động đáng kể lên thời l−ợng cuộc gọi ở một số tuyến và tác động này có thể còn tiếp tục tăng. Điện thoại Internet có một số −u điểm xét trên hiệu quả kỹ thuật và điều này đồng nghĩa với việc cắt giảm phí vận hành : • Mạng IP tự động cắt quHng lặng – gói tin không d−ợc tạo ra khi không có âm thanh . • Mạng IP có độ tin cậy cao Cả hai điều trên cho thấy tính −u việt của mạng IP so với mạng chuyển mạch kênh ,đặc biệt khả năng tiết kiệm dung l−ợng và cắt giảm chi phí ,tài nguyên d− thừa .Tuy nhiên ,để điện thoại Internet có thể chiếm lĩnh đ−ợc thị tr−ờng thoại ,cần thiết phải thay đổi toàn bộ cấu trúc của thị tr−ờng Internet . 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003  IP telephony and call back PSTN Hình 1-2 Thời l−ợng cuộc gọi từ USA đến JAPAN 1998- 2000(Analysys,1998) 1.4 Xu h−ớng thị tr−ờng thoại Internet trong t−ơng lai Cứ mỗi năm trong suốt thập kỷ vừa qua ,Internet lại tăng gấp đôi quy mô của nó . Trong các công ty nghiên cứu thị tr−ờng Internet ,thì có một nhận định thống nhất là tổng doanh số bán trong năm 1996 là từ 2 tỷ đến 3 tỷ USD .Mục tiêu đặt ra là thị tr−ờng sẽ tăng tr−ởng rộng lớn với dao động từ 110% đến 175% .Forrester dự đoán là đến năm 2001 ,trị giá giao dịch sẽ đạt ở mức 327 tỷ USD,Active Media là 314 tỷ USD... Theo ý kiến của Kelly của ITU ,thị tr−ờng giao dịch thoại quốc tế đ−ợc phân thành 3 lĩnh vực sau: Giữa các quốc gia ,những tập đoàn quốc tế nh− Concert .Global One và AT&T- Unisource sẽ chào bán thiết bị kết nối đầu cuối đến đầu cuối (end to end) .Những tập đoàn này sẽ phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng tăng lên từ phía dịch vụ thoại Internet ,từ các chủ các ph−ơng tiện quốc tế ( chẳng hạn nh− ng−ời điều hành vệ tinh ,các nhà điều hành cáp t− nhân ...) bán trực tiêp cho khách hàng và từ phía các thị tr−ờng giao ngay với mức giá bán lại. Đối với các cuộc gọi gốc ,cạnh tranh sẽ ngày càng trở lên gay gắt bỏi những ng−ời mới thâm nhập thị tr−ờng nh− các call –back, thoại Internet ,và những ng−ời bán lại thông qua việc kêu gọi sử dụng card và bản quyền. Đối với những đầu cuối cuộc gọi ,cạnh tranh sẽ bị chậm lại bởi vì các nhà độc quyền tr−ớc kia sẽ tiếp tục thống trị và định ra các mức giá cho các cuộc gọi quốc tế .Vị trí độc quyền của họ sẽ bị suy yếu một cách chậm chạp nên sẽ phải mất một thời gian dài và một l−ợng đầu t− đáng kể để triển khai các mạng mới. Do vậy PTO vẫn định giá cao nhất mà họ có thể cho các đầu cuối cuộc gọi khi mà họ vẫn đang ở vị trí độc quyền . Theo ITU , thì việc kiểm tra khả năng tồn tại của thoại Internet và việc triển khai nó một cách rộng rHi là cách tốt nhất .Thậm chí các nhà cung cấp dịch vụ thoại Internet hoặc các công ty phát triển phần mềm đều có thể mua các ISP. Do −u điểm giá thành rẻ và các dịch vụ mở rộng nh− đH trình bày ở trên , dịch vụ thoại Internet đH và đang tạo ra một thị tr−ờng rộng lớn gồm mọi đối t−ợng sử dụng nh−: các thuê bao gia đình ,các doanh nghiệp ,các tổ chức và các cơ quan nhà n−ớc... • Theo dự báo của IDC ,số các giao dịch quốc tế theo ph−ơng pháp truyền thống sẽ đạt 79 tỷ phút vào cuối năm 1999, và hằng năm sẽ tăng 15%.Theo nhận định của ông Fischer thì tổng giá trị giao dịch trên thị tr−ờng là 60 tỷ USD . Các nguồn tin t−ơng tự cũng cho biết ,giao dịch qua Internet ngày nay đạt 198 triệu phút và sẽ tăng lên ở mức 220% hàng năm. • Dự đoán thị tr−ờng sẽ đạt ở mức 600 triệu USD vào cuối năm 1999.Khi đó có hơn 16 triệu ng−ời sử dụng. Tổng giá trị giao dịch qua thị tr−ờng thoại qua Internet dự đoán đạt mức 1.89 tỷ USD vào cuối năm 2001. Theo Frost & Sullivan thị tr−ờng sẽ đạt mức tăng tr−ởng hàng năm là 149% trong 5 năm liền • Dự báo trong năm 2000 ,một số bộ phận lớn dân c− sẽ sử dụng thoại Internet .Chủ tịch kiêm giám đốc điều hành RSL COM ,Itzhak Fischer dự báo rằng đến năm 2000 sẽ có 15% cuộc gọi thoại quốc tế đ−ợc tiến hành qua Internet ,và một số ng−ời cho rằng đến năm 2005 con số này sẽ tăng lên 34% .Phillip Tarifica cũng báo cáo rằng số ng−ời sử dụng thoại truyền thống sẽ giảm do sử dụng Email và thoại qua Internet . • Thị tr−ờng điện thoại Internet sẽ tăng tr−ởng và đạt doan._.h thu cỡ 2,7 tỷ USD vào năm 2002 (Mc Kinsey Telecom Practice ). C h a p t e r 2 CHƯƠNG2 Công nghệ cơ sở 2.1 Kỹ thuật nén tín hiệu thoại 2.1.1 Tổng quan Trong mạng điện thoại thông th−ờng tín hiệu đ−ợc mH hoá theo luật A hoặc luật à với tốc độ 64kbs .Với cách mH hoá này ,cho phép khôi phục một cách t−ơng đối trung thực các âm thanh trong giải tần tiếng nói .Tuy nhiên trong một số ứng dụng đặc biệt yêu cầu truyền âm thanh với tốc độ thấp hơn ví dụ nh− truyền tín hiệu thoại trên Internet .Từ đó đH xuất hiện một số kỹ thuật mH hoá và nén tín hiệu tiếng nó xuống tốc độ thấp cụ thể nh− G.723.1,G.729A,GSM... Về cơ bản các bộ mH hoá tiếng nói có ba loại :mH hoá dạng sóng (waveform) ,mH hoá nguồn (source)và mH hoá lai (hybrid) (có nghĩa là kết hợp cả hai loại mH hoá dạng trên ). Nguyên lý của mH hoá dạng sóng là mH hoá dạng sóng của tiếng nói.Tại phía phát ,bộ mH hóa sẽ nhận các tín hiệu nói t−ơng tự liên tục và mH thành tín hiệu số tr−ớc khi truyền đi.Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ng−ợc lại để khôi phục tín hiệu tiếng nói.Khi không có lỗi truyền dẫn thì dạng sóng của tiếng nói khôi phục sẽ rất giống với dạng sóng tiếng nói gốc.Cơ sở của bộ mH hoá dạng sóng là :nếu ng−ời nghe nhận đ−ợc một bản sao dạng sóng của tiếng nói gốc thì chất l−ợng âm thanh sẽ rất tuyệt vời.Tuy nhiên , trong thực tế,qúa trình mH hoá lại sinh ra tạp âm l−ợng tử (mà thực chất là một dạng méo dạng sóng ),song do tạp âm l−ợng tử này th−ờng đủ nhỏ để không ảnh h−ởng đến chất l−ợng tiếng nói thu đ−ợc.Ưu điểm của bộ mH hoá loại này là :độ phức tạp,giá thành thiết kế ,độ chễ và công suất tiêu thụ thấp.Ng−ời ta có thể áp dụng chúng để mH các tín hiệu khác nh−: tín hiệu báo hiệu,số liệu ở giải âm thanh...và đặc biệt với những thiết bị ở điều kiện nhất định thì chúng còn có khả năng mH hoá đ−ợc cả tín hiệu âm nhạc .Bộ mH hoá dạng sóng đơn giản nhất là điều chế xung mH (PCM).điều chế Delta (DM)...Tuy nhiên , nh−ợc điểm của bộ mH hoá dạng sóng là không tạo đ−ợc tiếng nói chất l−ợng cao tại tốc độ bit d−ới 16 kbps ,mà điều này đ−ợc khắc phục ở bộ mH hoá nguồn.Nguyên lý bộ mH hoá nguồn là mH hóa kiểu phát âm(vocoder),ví dụ nh− bộ mH hoá dự báo tuyến tính (LPC).Các bộ mH hoá này có thể thực hiện đ−ợc tại tôc độ bít cõ 2 Kbps .Hạn chế chủ yếu của mH hoá kiểu phát âm LPC là giả thiết rằng: tín hiệu tiếng nói bao gồm cả âm hữu thanh và vô thanh.Do đó ,đối với âm hữu thanh thì nguồn kích thích bộ máy phát âm sẽ là một dHy xung ,còn đối với các âm vô thanh thì nó sẽ là một nguồn nhiễu ngẫu nhiên.Trong thực tế , có rất nhiều cách để kích thích cơ quan phát âm .Và để đơn giản hoá,ng−ời ta giả thiết rằng chỉ có một điểm kích thích trong toàn bộ giai đoạn lên giọng của tiếng nói ,dù cho đó là âm hữu thanh hay vô thanh. Vào năm 1982 .Atal đH đề ra một mô hình mới về kích thích ,đ−ợc gọi là kích thích đa xung.Trong mô hình này ,không cần biết tr−ớc đó là âm hữu thanh hay vô thanh ,đó có phải là giai đoạn lên giọng hay không.Sự kích thích đ−ợc mô hình hoá bởi một số xung (thông th−ờng là 3 xung trên 5ms ) có biên độ và vị trí đ−ợc xác định bằng cực tiểu hoá sai lệch ,có tính đến trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp.Việc đ−a ra mô hình này đH tạo lên một sự chú ý to lớn và đó là mô hình đầu tiên của một thế hệ mới của các bộ mH hoá tiếng nó phân tích bằng tổng hợp.Chúng có khả năng cho tiếng nói chất l−ợng cao tại tốc độ bit quanh 10 kbps và có thể đến tận 4,8 kbps.Tín hiệu kích thích sẽ đ−ợc tối −u hoá một cách kỹ l−ỡng và ng−ời ta sử dụng kỹ thuật mH hoá dạng sóng để mH hoá tín hiệu kích thích này một cách có hiệu quả..Hình 2.1 đ−a ra mô hình tổng quát của mH hoá tiếng nói theo ph−ơng pháp LPC phân tích tổng hợp. Tiếng nói gốc Bộ tạo tín hiệu u(n) S*(n) e(n) Tính trọng ew(n) kích thích Bộ lọc tổng hợp số sai số Cực tiểu hoá sai số a/ Bộ mã hoá Bộ tạo tín hiệu kích thích  Bộ lọc tổng hợp S* (n) Tiéng nói tông hợp b/ Bộ Giải mã Hình 2-1 Mô hình mã hoá tiếng nói LPC phân tích bằng tổng hợp Trong đó u(n) :tín hiệu kích thích S*(n): :tín hiệu tiếng nói tổng hợp S(n) : Tín hiệu tiếng nói gốc Ew(n ) :tín hiệu sai số Mô hình bao gồm 3 phần chính: • Phần thứ nhất : Bộ lọc tổng hợp LPC ,là bộ lọc toàn cục biến đổi theo thời gian để mô hình hoá đ−ờng bao phổ ngắn hạn của dạng sóng tiếng nói .Đầu ra của nộ lọc tổng hợp là tín hiệu nói tổng hợp. • Phần thứ 2 : Bộ tạo kích thích .Bộ này sẽ cho ra dHy kích thích cấp cho bộ lọc tổng hợp để tạo ra tiếng nói tái tạo ở máy thu.Việc kích thích sẽ đ−ợc tối −u hoá bằng các cực tiểu hoá sai lệch,các tính trọng số thụ cảm,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp. • Phần thứ 3 : Thur tục đ−ợc sử dụng trong việc tối thiểu hoá sai lệch (Gồm 2 khối :tính trọng số sai số và cực tiểu hoá sai số). Tiêu chuẩn cục tiểu hoá sai lệch đ−ợc sử dụng rộng rHi nhất là sai lệch bình ph−ơng trung bình (mes:mean squared error).Trong mô hình này ,tiêu chuẩn cực tiểu hoá sai số đ−ợc sử dụng là :tín hiệu sai lệch ew(n) đ−ợc đ−a qua một bộ lọc đánh giá trọng số sai số ,có tính trọng số thụ cảm ,và bộ lọc này sẽ tạo dạng phổ tạp âm theo một cách nào đó để công suất tín hiệu sẽ tập chung nhất tại các tần số formant của phổ tiếng nói. Thủ tục m$ hoá :bao gồm 2 b−ớc :b−ớc 1 :thông số của bộ lọc tổng hợp đ−ợc xác định từ mẫu tiếng nói.B−ớc 2 :dHy kích thích tối −u đối với bộ lọc này đ−ợc xác định bằng cách cực tiểu hoá sai số,có tính trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp.Khoảng thời gian tối −u hoá kích thích khoảng 4ữ7.5 ms, thấp hơn khung thời gian cập nhật thông số LPC.Khung tiếng nó đ−ợc chia thành nhiều khung con ,việc kích thích đ−ợc xác định riêng rẽ cho từng khung con .Các tham số của bộ lọc và tín hiệu kích thích sẽ đ−ợc l−ợng tử hoá tr−ớc khi gửi đến phía thu Thủ tục giải m$ :Cho tín hiệu kích thích đH đ−ợc giải mH qua bộ lọc tổng hợp để tiếng nói đ−ợc khôi phục. Có rất nhiều ph−ơng pháp mô hình hoá sự kích thích:Ph−ơng pháp kích thích đa xung (MPE),ph−ơng pháp kích thích xung đều (RPE),ph−ơng pháp dự đoán tuyến tính kích thích mH (CELP).ở đây em chỉ đề cập đến ph−ơng pháp dự đoán tuyến tính kích thích mH CELP. Hiện nay ph−ơng pháp này đH trở thành công nghệ chủ yếu cho mH hoá tiếng nói tốc độ thấp. 2.1.2 Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP Tín hiệu kích thích là một mục từ của một bảng mH rất lớn đ−ợc phân bố một cách ngẫu nhiên . Sơ đồ nguyên lý của ph−ơng pháp tổng hợp CELP đ−ợc đ−a ra trong hình 2.2 Bảng mH thích ứng Khuếch đại  u(n)  Bộ lọc tổng hơp  S*(n) Tiếng nói tổng hợp Trễ khung con Khuếch đại Bảng mH ngẫu nhiên Hình 2-2 Sơ đồ nguyên lý của ph−ơng pháp tổng hợp CELP Tại phía phát :Các tham số của bộ lọc tổng hợp cùng tăng ích và độ trễ của các bảng mH (bao gồm bảng mH thích ứng và bảng mH ngẫu nhiên )đ−ợc truyền đi .Tại phía thu :cũng sử dụng những bảng thích ứng và ngẫu nhiên nh− thế để xác định tín hiệu kích thích tại lối vào bộ lọc tổng hợp LPC để tạo tiếng nói tổng hợp. Bảng mH kích thích gồm L từ mH (là các véc tơ ngẫu nhiên ) có độ dài N mẫu (thông th−ờng L=1024,N=40 mẫu ứng với một khung kích thích 5ms) .Bằng cách tìm kiếm triệt để toàn bộ bảng mH ngẫu nhiên ng−ời ta sẽ chọn đ−ợc tín hiệu kích thích của một khung tiếng nói dài N mẫu.Bộ lọc tổng hợp đH tính trọng số đ−ợc cho bởi : P w( z) = 1 / A( z / γ ) = 1 /(1 − ∑ (ak k =1 γ k z − k ) Trong đó : γ là một phân số từ 0 đến 1. {ak} là các tham số bộ lọc tổng hợp LPC hay còn gọi là hệ số dự đoán. P là bậc của bộ lọc tổng hợpLPC hay bậc của bộ dự đoán. Sau khi đH xác định đ−ợc các tham số của bảng mH thích ứng ( bao gồm có tăng ích và độ trễ lên giọng) thì tiếng nó tổng hợp đH tính trọng số s*(n) đ−ợc cho là : s * (n) = βck (n) * h(n) + Gyα (n) + s0 * (n) Trong đó : Tích chập là không nhớ. ck(n) là từ mH kích thích với chỉ số k. β là hệ số tỷ lệ. h(n) là phản ứng xung của bộ lọc tổng hợp đH tính trọng số W(z). s0*(n) là phản ứng lối vào của bộ lọc tổng hợp đH tính trọng số. G là tăng ích của bảng mH thích ứng. yα(n) = c’α(n)*h(n) là phản ứng trạng thái không của bộ lọc tổng hợp đH tính trọng số với từ mH c’α(n) đ−ợc lựa chọn từ bảng mH thích ứng. Sai số đH tính trọng số giữa tiếng nó tổng hợp và tiếng nói gốc đ−ợc cho bởi: e- (n) = s(n) − s * (n) Trong đó: s*(n) : Tín hiệu tiếng nói tổng hợp s(n) : Tín hiệu tiếng nói gốc. ew(n) : Tín hiệu sai số Sau đó sai số này sẽ đ−ợc cực tiểu hoá bằng ph−ơng pháp sai lệch bình ph−ơng trung bình (mes): N − 1 E = ∑ n = 0  [e -  ( n ) ]2 Độ phức tạp của bộ mH hoá này tăng khi tốc độ bit giảm.Thí dụ CELP có thể cho tiếng nói tốc độ thấp tới 4.8 kbps với trả giá rất cao về đòi hỏi tính toán do : tín hiệu kích thích tối −u đ−ợc tìm kiếm thông qua bảng mH rất lớn (kích th−ớc bảng mH th−ờng gồm khoảng 1024 mục từ ) .Đối với bảng mH có 1024 từ mH và một khung kích th−ớc 40 mẫu thì cần thực hiện khoảng 40.000 phép nhân để soát bảng mH . Có thể nhận xét rằng : nh−ợc điểm của ph−ơng pháp CELP là : có một thủ tục đòi hỏi tính toán rất lớn rất khó có thể thực hiện trong thời gian thực .Vậy có một ph−ơng pháp đơn giản hoá thủ tục soát bảng mH sao cho không ảnh h−ởng tới chất l−ợng tiếng nói .Đó là ph−ơng pháp sử dụng các bảng mH đại số ACELP (Algebraic CELP) trong đó các bảng mH đ−ợc tạo ra nhờ các mH sửa lỗi nhị phân đặc biệt .Và để nâng cao hiệu quả rà soát bảng mH,ng−ời ta sử dụng các bảng mH đại số có cấu liên kết CS-ACELP (Conjugate-Structure ACELP) .Khuyến nghị ITU G.729 đ−a ra nguyên lý của bộ mH hoá tiếng nói sử dụng ph−ơng pháp CS-ACELP mH hoá tiếng nói tốc độ thấp 8kbps. 2.1.3 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP Tín hiệu PCM 64 kbps đầu vào (theo quy luật A hoặc à) qua bộ mH hoá thuật toán CS- ACELP ,đ−ợc lẫy mẫu tại tần số 8khz ,sau đó qua bộ chuyển đổi thành tín hiệu PCM đều 16 bit đ−a tới đầu vào bộ mH hoá .Tín hiệu đầu ra bộ giải mH sẽ đ−ợc chuyển đổi thành tín hiệu PCM (theo quy luật A hoặc à) theo đúng tín hiệu vào .Các đặc tính đầu vào / đầu ra khác ,giống tín hiệu PCM 64 kbps (theo khuyến nghị ITU G.711),sẽ đ−ợc chuyển đổi thành tín hiệu ra PCM theo đúng quy luật của tín hiệu đầu vào ở bộ giải mH . 2.1.3.1 Nguyên lý chung cuả bộ mã hoá Bộ mH hoá CS-ACELP dựa trên cơ sở của bộ mH dự báo tuyến tính kích thích mH CELP . Bộ mH hoá CS-ACELP thực hiện trên các khung tiếng nói chu kỳ 10 ms t−ơng đ−ơng với 80 mẫu tại tốc độ lâý mẫu 8000 mẫu /s.Cứ mỗi một khung 10 ms ,tín hiệu tiếng nó lại đ−ợc phân tích để trích lấy các tham số của bộ mH CELP (đó là :các hệ số của bộ lọc dự báo thích ứng ,chỉ số các bảng mH cố định và bảng mH thích ứng cùng với tăng ích của bảng mH ). Các tham số này sẽ đ−ợc mH hoá và truyền đi.Sự phân bố bit của các tham số mH hoá đ−ợc trình bầy ở bảng 2.1.3.1 Tham số Từ mH Số bit trong khung con 1 Số bit trong khung con 2 Tổng số bit trong 1 khung Các cặp vạch phổ L0,L1,L2,L3 18 Độ trễ mH thích ứng P1,p2 8 5 13 Độ chẵn lẻ trễ tr−ớc P0 1 1 Chỉ số mH cố định C1,C2 13 13 26 Dấu mH cố định S1,S2 4 4 8 Các độ khuếch đại mH (b−ớc1) GA1,GA2 3 3 6 Các độ khuếch đại mH (b−ớc2) GB1,GB2 4 4 8 Tổng cộng 80 bảng 2.1.3.1 Sự phân bố bit của các tham số của thuật toán CS-ACELP tốc độ 8 kbit/s (khung 10 ms) Tại phía thu :sử dụng các tham số này để khôi phục các tham số tín hiệu kích thích và các tham số của bộ lọc tổng hợp .Tín hiệu tiếng nói sẽ đ−ợc khôi phục bằng cách lọc các tham số tín hiệu kích thích này thông qua bộ lọc tổng hợp ngắn hạn. Bộ lọc tổng hợp ngắn hạn dựa trên cơ sở bộ lọc dự báo tuyến tính LP bậc 10 .Bộ lọc tổng hợp dài hạn ,hay bộ lọc tổng hợp độ cao dung cho việc làm tròn mH thích ứng .Sau khi khôi phục ,nhờ bộ lọc sau tiếng nói sẽ làm tăng độ trung thực. 2.1.3.2 Nguyên lý bộ mã hoá CS-ACELP Sơ đồ khối bộ mH hoá đ−ợc mô tả nh− hình 2.3 tiếng nói đầu vào Khối tiền xử lý Khối tổng hợp LP Bảng mH cố định Gc + Bảng mH thích ứng Gp sự l−ợng tử hoá và nội suy LPC info Bộ lọc + tổng hợp Bộ lọc tổng hợp độ cao Tìm bảng mH cố định LPC info Độ cảm nhận Sự l−ợng tử hoá độ khuếch đại  LPC info  Sự l−ợng tử hoá độ khuếch đại luồng bit phát đi Hình 2-3Sơ đồ khối bộ mã hoá Tín hiệu đầu vào đ−a qua bộ tiền xử lý ,bộ này có hai chức năng :lọc thông cao và tính toán tín hiệu.Tín hiệu đầu ra bộ tiền xử lý là tín hiệu đầu vào của các khối tổng hợp tiếp sau.Sự tổng hợp dự báo tuyến tính (LP)đ−ợc thực hiện một lần trong một khung 10ms để tính các hệ số của bộ lọc dự báo tuyến tính (LP).Các hệ số này đ−ợc biến đổi thành các cặp vạch phổ (LSP) và đ−ợc l−ợng tử bằng ph−ơng pháp l−ợng tử hoá véc tơ dự báo hai b−ớc (VQ) 8 bit.Tín hiệu kích thích đ−ợc lựa chọn bằng cách cực tiểu hoá sai số ,có tính đến trọng số thụ cảm ,giữa tiếng nói gốc và tiếng nói tổng hợp.Các tham số kích thích (gồm :bảng mH cố định và bảng mH thích ứng)đ−ợc xác dịnh qua từng khung con 5ms(t−ơng đ−ơng 40mẫu).Các hệ số của bộ lọc LP đH đ−ợc l−ợng tử và ch−a đ−ợc l−ợng tử đ−ợc sử dụng cho phân khung thứ 2 ,còn tại phân khung thứ nhất các hệ số của bộ lọc LP đH đ−ợc nội suy sẽ đ−ợc sử dụng (trong cả hai tr−ờng hợp đH l−ợng tử và ch−a l−ợng tử).Độ trễ b−ớc mạch vòng hở sẽ đ−ợc tính toán một lần trong một khung 10ms dựa trên độ lớn tín hiệu thoại .Sau đó các phép tính này sẽ lặp lại trong từng phân khung tiếp theo.Tín hiệu ban đầu x(n) đ−ợc tính bằng các lọc độ d− LP thông qua bộ lọc tổng hợp W(z)/A(z).Trạng thái ban đầu của bộ lọc này Là Tín hiệu lỗi giữa tín hiêu d− LP và tín hiệu kích thích .Sự phân tích b−ớc của mạch vòng đóng sẽ thực hiện sau đó (để tìm độ trễ mH thích ứng và độ khuếch đại )dùng tín hiệu ban đầu x(n) và đặc tuyến xung h(n) ,bằng cách làm tròn giá trị độ trễ b−ớc của mạch vòng hở.Độ trễ b−ớc đ−ợc mH hoá bằng mH 8 bit trong phân khung thứ nhất ,độ vi sai của độ trễ đ−ợc mH hoá bằng mH 5 bit trong phân khung thứ 2 .Tín hiệu x’(n) là tín hiệu của 2 tín hiệu :tín hiệu ban đầu x(n) và tín hiệu mH thích ứng –là tín hiệu mH cố định.Tín hiệu này đ−ợc dùng trong việc tìm tín hiệu kích thích tối −u .Giá trị kích thích mH cố định đ−ợc mH hoá bằng mH đại số 17 bit(trong đó :chỉ số bảng mH cố định đ−ợc mH hoá bằng từ mH C1,C2-13 bit ; Dấu bảng mH cố định đ−ợc mH hoá bằng từ mH S1,S2-3bit).Các bộ khuếch đại bảng mH cố định và bảng mH thích ứng đ−ợc l−ợng tử hoá bằng véc tơ 7 bit(Trong đó:ở b−ớc 1 đ−ợc mH hoá bằng từ mH GA1,GA2 -3 bit ; ở b−ớc 2 đ−ợc mH hoá bằng từ mH GB1,GB2-4 bit ).tại đây sự dự đoán trung bình động MA cho bộ khuếch đại mH cố định .Cuối cùng ,dựa vào các bộ nhớ lọc sẽ xác định đ−ợc tín hiệu kích thích. 2.1.3.3 Nguyên lý bộ giải mã CS-ACELP Sơ đồ khối của bộ giải mH đ−ợc mô tả trong hình 2.4 Bảng mH cố định Gc Bảng mH thích ứng Gp  Bộ lọc ngắn hạn  bộ xử lý trạm Hình 2-4Sơ đồ nguyên lý của bộ giải mã CS-ACELP Đầu tiên ,các chỉ số của các tham số đ−ợc trích ra từ buồng bit thu.Các chỉ số này sẽ đ−ợc giải mH để thu lại các tham số của bộ mH hoá trong 1 khung tiếng nói 10 ms .Các tham số đó là :các hệ số LSP ,2 phần độ trễ b−ớc(độ trễ b−ớc và độ vi sai của độ trễ b−ớc),2 vec tơ bảng mH cố định (chỉ số mH cố định và chỉ số bảng mH cố định ),và 2 tập hợp độ khuếch đại bảng mH cố định và bảng mH thích ứng .Các hệ số LSP đ−ợc nội suy và đ−ợc chuyển đổi thành các hệ số bộ lọc LP cho mỗi phân khung.Sau đó ,cứ mỗi phân khung thực hiện các b−ớc tiếp theo: Giá trị kích thích đ−ợc khôi phục là tổng của véc tơ bảng mH cố định và bảng mH thích ứng nhân với các giá trị khuếch đại t−ơng ứng của chúng. Tiếng nói đ−ợc khôi phục bằng cách lọc giá trị kích thích này thông qua bộ lọc tổng hợp LP Tín hiệu tiếng nói khôi phục đ−a qua b−ớc xử lý trạm ,bao gồm bộ lọc thích ứng dựa trên cơ sở các bộ lọc tổng hợp ngắn hạn và dài hạn ,sau đó qua bộ lọc thông cao và bộ nâng tín hiệu. Bảng 1.2 :Các tham số của bộ mã và giải mã CS-ACELP ký hiệu mô tả các bit L0 L1 L2 L3 Các chỉ số dự báo MAchuyển mạch của bộ l−ợng tử LPS Vec tơ b−ớc đầu tiên của bộ l−ợng tử LPS Vec tơ thấp b−ớc thứ hai của bộ l−ợng tử LPS Vec tơ cao b−ớc thứ hai của bộ l−ợng tử LPS 1 7 5 5 P1 P0 S1 C1 GA1 GB1 Độ trễ lên giọng của khung con thứ nhất Bit chẵn lẻ dành cho độ trễ lên giọng Dấu của các xung bảng mH cố định của khung con thứ nhât Bảng mH cố định của khung con thứ nhất Khuếch đại bảng mH (b−ớc 1 )của khung con thứ nhât Khuếch đại bảng mH (b−ớc 2 )của khung con thứ nhât 8 1 4 13 3 3 P2 S2 C2 GA2 GB2 Độ trễ lên giọng của khung con thứ hai Dấu của các xung bảng mH cố định của khung con thứ hai Bảng mH cố định của khung con thứ hai Khuếch đại bảng mH (b−ớc 1)của khung con thứ hai Khuếch đại bảng mH (b−ớc 2)của khung con thứ hai 5 4 13 3 4 2.1.4 Chuẩn nén G.729A G.729A là thuật toán mH hoá tiếng nói tiêu chuẩn cho thoại và số liệu đồng thời số hoá (DSVD). G.729A là sự trao đổi luồng bit với G.729 ,có nghĩa là :tín hiệu đ−ợc mH hoá bằng thuật toán G.729A có thể đ−ợc giải mH thông qua thuật toán G.729 và ng−ợc lại.Giống nh− G.729 ,nó sử dụng thuật toán dự báo tuyến tính mH kích thích đại số đ−ợc cấu trúc liên kết (CS-ACELP) với các khung 10ms.Tuy nhiên ,một vài thuật toán thay đổi sẽ đ−ợc giới thiệu mà kết quả của các thuật toán này làm giảm 50% độ phức tạp . Nguyên lý chung của bộ mH hóa và giải mH của thuật toán G.729A giống nh− G.729 .Các thủ tục l−ợng tử hoá và phân tích LP của bộ khuếch đại bảng mH cố định và thích ứng giống nh− G.729.Các thay đổi thuật toán so vơi G.729 sẽ tổng kết nh− sau: Bộ lọc trọng số thụ cảm sử dụng các tham số bộ lọc LP đH l−ợng tử và đ−ợc biểu diễn là Ư(z) =A(z)/A(z/γ) vói giá trị γ=0,75. Phân tích độ lên giọng mạch vòng hở đơn giản hoá bằng cách sử dụng ph−ơng pháp decimation (có nghĩa là trích lấy 10 mẫu ) trong khi tính sự t−ơng quan của tiếng nó trọng số. Các tính toán phản ứng xung của bộ lọc tổng hợp trọng số W(z)/A(z) ,của tín hiệu ban đầu ,và việc thay thế W(z) bằng 1/A(z/γ). Việc tìm bảng mH thích ứng đ−ợc đơn giản hoá .Việc tim sẽ cực đại hoá giá trị t−ơng quan giữa kích thích tr−ớc và tín hiệu ban đầu lọc tr−ớc ( năng l−ợng của kích thích tr−ớc lọc là không đáng kể ). Việc tìm bảng mH cố định đ−ợc đơn giản hoá.Thay vì tập trung ở mạch vòng tổ ong ,giải pháp tìm sơ đồ hình cây độ sâu tr−ớc đ−ợc sử dung. Tại bộ giải mH , hoạ ba của bộ lọc sau sẽ đ−ợc đơn giản bằng cách sử dụng chỉ các độ trễ nguyên. Chức năng WPOPS C50 MIPS G.729 G.729A G.729 G.729A Tiền xử lý Phân tích LP L−ợng tử hoá và nội suy LSP Biến đổi LSP thành A(z) & trọng số Lên giọng mạch vòng hở Lên giọng mạch vòng đóng Bảng mH đại số L−ợng tử hoá các bộ khuếch đại Tìm kích thích và cập nhật bộ nhớ 0,20 1,63 0,95 0,30 1,45 5,83 6,35 0,46 0,21 0,20 1,28 0,95 0,12 0,82 1,55 1,86 0,46 0,08 0,226 1,957 1,390 0,461 1,563 3,453 8,406 0,643 0,278 0,226 1,696 1,390 0,173 0,955 1,778 3,046 0,643 0,112 Tổng Cộng (mã hoá) 14,38 7,32 18,377 10,019 Giải mH Bộ lọc sau Xử lý sau 0,68 2,13 0,22 0,68 0,73 0,22 1,133 2,539 0,266 1,133 1,000 0,226 Tổng cộng giải mã 3,03 1,63 3,938 2,399 Tổng cộng (mã hoá +giải mã) 17,41 8,95 22,315 12,418 Bảng 2.3 Các thông số WMOPS và MIPS của G.729 và G.729A . MIPS :(Million Instructions Per Second ) : triệu câu lệnh trên một giây WMOPS: (Weighted Milion Operations Per Second): triệu thao tác trên 1 giây. Cả hai bộ mH hoá G.729 và G.729A đH đ−ợc thử nghiệm trên vi mạch T1TMS320C50 DSP.Trong thử nghiệm USH, thuật toán mH hoá song công G.729A yêu cầu 12,4 MIPS, trong khi G.729 yêu cầu 22,3 MIPS .Việc giảm độ phức hợp của cả hai bộ mH hoá G.729 và G.729A đ−ợc đ−a ra trong bảng 2.3 cho cả hai phần mH hoá và giải mH. Độ phức tạp ở đây thể hiện qua 2 số hạng :C50 MIPS và WOPS của thuật toán cơ sở .Về yêu cầu G.729A yêu cầu ít hơn 2k RAM và 10k ROM trong khi G.729 yêu cầu khoảng 2k RAM và 11k ROM.Hiển nhiên với việc sử dụng G.729A giảm đ−ợc khoảng 50% độ phức tạp so với G.729, với việc giảm một ít chất l−ợng trong tr−ờng hợp 3 bộ đôi (mH hoá / giải mH) và trong tr−ờng hợp có tạp âm nền. 2.1.5 Chuẩn nén G.729B G.729B đ−a ra một nguyên lý nén im lặng tốc độ bít thấp đ−ợc thiết kế và tối −u hoá để làm việc chung đ−ợc với cả G.729 và G.729A phức tạp thấp.Để đạt đ−ợc việc nén im lặng tốc độ bit thấp chất l−ợng tốt ,một mô đun bộ dò hoạt động thoại khun cơ bản là yếu tố cần thiết để dò các khung thoại không tích cực,gọi là các khung tạp âm nền hoặc khung im lặng.Đối với các khung thoại không tích cực đH dò đ−ợc này, một mô đun truyền gián đoạn đo sự thay đổi theo thời gian của đặc tính tín hiệu thoại không tích cực và quyết định xem có một khung mô tả thông tin im lặng mới không có thể đ−ợc gửi đi để duy trì chất l−ợng tái tạo của tạp âm nền tại đầu thu.Nếu có một khung nh− thế đ−ợc yêu cầu ,các tham số năng l−ợng và phổ mô tả các đặc tính cảm nhận đ−ợc của tạp âm nền đ−ợc mH hoá và truyền đi một cách hiệu quả dùng 15b/khung .Tại đầu cuối thu ,mô đun tạo tạp âm phù hợp sẽ tạo tạp âm nền đầu ra sử dụng tham số cập nhật đH phát hoặc các tham số đH có tr−ớc đó.Tạp âm nền tổng hợp đạt đ−ợc bằng cách lọc dự báo tuyến tính tín hiệu kích thích giả trắng đ−ợc tạo ra trong nội bộ của mức điều khiển .Ph−ơng pháp mH hoá tạp âm nền tiết kiệm tốc độ bit cho tiếng nó mH hoá tại tốc độ bit trung bình thấp 4kbps trong cuộc đàm thoại tiếng nói bình th−ờng để duy trì chất l−ợng đàm thoại. Đối với các ứng dụng DSVD (Digital Simultaneous Voice and data: thoại và số liệu đồng thời số hoá ) và độ nhạy tốc độ bit khác ,G729B là một điều kiện tối cần thiết để giảm tôc độ bit hơn nữa băng cách sử dụng công nghệ nén im lặng.Khi không có tiếng nói ,tốc độ bit có thể giảm,giải phóng dung l−ợng kênh cho các ứng dụng xảy ra đồng thời,ví dụ nh− đ−ờng truyền tiếng khác trong điện thoại tế bào đa truy nhập phân kênh theo mH/theo thời gian (TDMA/CDMA) hoặc truyền số liệu đồng thời.Một phần đáng kể trong cuộc đàm thoại thông th−ờng là im lặng ,trung bình lên tới 60% của một cuộc đàm thoại 2 chiều. Trong suốt quá trình im lặng ,thiết bị đầu vào tiếng,ví dụ nh− tai nghe ,sẽ thu thông tin từ môi tr−ờng ồn .Mức và đặc tính ồn có thể thay đổi đáng kể,từ một phòng im lặng tới đ−ờng phố ồn ào hoặc từ một chiếc ô tô chuyển động nhanh,Tuy nhiên ,hầu hết các nguồn tạp âm th−ờng mang thông tin ít hơn thông tin tiếng ,vì vậy, trong các chu kỳ không tích cực tỷ số nén sẽ cao hơn .Nhiều ứng dụng điển hình, ví dụ hệ thống toàn cầu đối với điện thoại di động GSM ,sử dụng việc dò tìm chu kỳ im lặng và chèn tạp âm phù hợp để tạo đ−ợc hiệu quả mH hoá cao hơn. Xuất phát từ quan niệm về dò tìm im lặng và chèn tạp âm phù hợp dẫn đến các công nghệ mH hoá tiếng mấu kép..Các mẫu khac nhau bởi tín hiệu đầu vào ,đ−ợc hiển thị là :thoại tích cực đối với tiếng nói và thoại không tích cực đối với im lặng hoặc tạp âm nền,đ−ợc xác định bởi sự phân loại tín hiêu.Sự phân loại này có thể đ−ợc thực hiện bên trong hoặc bên ngoài bộ mH hoá tiếng nói.Bộ mH hoá tiếng toàn tốc có thể có tác dụng trong quá trình tiếng thoại tích cực,nh−ng có một nguyên lý mH hoá khác đ−ợc dùng đối với tín hiệu thoại không tích cực,sử dụng ít bit hơn ,tỷ số nén trung bình cao hơn.Sự phân loại này đ−ợc gọi chung là bộ dò hoạt động thoại (VAD: Voice Activity Detector ) và đầu ra của bộ này gọi là mức hoạt động thoại.Mức hoạt động thoại là 1 khi có mặt hoạt động thoại và là 0 khi không có hoạt động thoại. Thuật toán VAD và bộ mH hoá tiếng nói không tích cực ,giống với các bộ mH hoá G.729 và G.729A, đ−ợc thực hiện trên các khung của tiếng nói đH đ−ợc số hoá.Để phù hợp kích th−ớc các khung giống nhau đ−ợc dùng cho mọi sơ đồ và không có độ trễ thêm vào nào đ−ợc tạo ra bởi thuật toán VAD hoặc bộ mH hoá thoại không tích cực đối với nén cao hơn .Đầu vào bộ mH hoá tiếng nói là tín hiệu tiếng nói đến đH đ−ợc số hoá .Với mỗi khung tiếng nói đầu vào ,VAD đ−a ra mức hoạt động thoại ,mức này đ−ợc dùng nh− một chuyển mạch giữa các bộ mH hoá thoại tích cực và không tích cực.Khi bộ mH hoá thoại tích cực có tác dụng,luồng bit thoại tích cực sẽ gửi tới bộ giải mH tích cực cho mỗi khung.Tuy nhiên,trong các chu kỳ không tích cực ,bộ mH hoá thoại không tích cực có thể đ−ợc chọn để gửi đi các thông tin mới nhất gọi là bộ mô tả việc chèn im lặng (SID :Silence Insertion Descriptor ) tới bộ giải mH không tích cực hoặc không gửi gì cả .Kỹ thuật này có tên là truyền gián đoạn (DTX :Discontinuous Transmission ) .Với mỗi khung ,đầu ra của mỗi bộ giải mH đ−ợc dùng làm tín hiệu khôi phục. Ngoài các chuẩn nén đH đ−ợc nêu trên còn một số chuẩn nén để nén tín hiệu thoại tốc độ thấp nh− GSM 10.6 ;G.723 trong khuyến nghị H.323... 2.2 Báo hiệu DTMF (Dial tone Multi Frequency ) Cũng nh− các thuê bao điện thoại thông th−ờng ,mỗi thuê bao trong mạng điện thoại Internet có một địa chỉ thể hiện d−ới dạng số .Các số này đ−ợc truyền d−ới dạng tín hiệu DTMF ,trong phần này em xin trình bày sơ l−ợc các ph−ơng thức truyền báo hiệu DTMF trong mạng. 2.2.1 Báo hiệu DTMF qua bản tin UserInputIndication Tất cả các phần tử H.323 trong mạng đều phải có khả năng nhận tín hiệu DTMF trên bản tin UserInputIndication của H.245 và truyền nó tới các phần tử khac trong mạng .Bảng 4 liệt kê tất cả các tr−ờng hợp trao đổi báo hiệu DTMF của các phần tử mạng. Nguồn Đích Đầu cuối H.323 Gateway H.323 Gatekeeper H.323 Mạng phi H.323 Đầu cuối H.323 M/O M/O M/O N/A Gateway H.323 M/O M/O M/O M/O Gatekeeper H.323 M/O M/O M/O N/A Mạng phi H.323 N/A M/O N/A N/A Chú thích: -M/O :bắt buộc hoặc lựa chọn -N/A: Không sử dụng Bảng 4. 2.2.1.1 Thiết bị đầu cuối thu phát DTMF Tại phía phát ,để tránh cho gateway khỏi bị nhầm giữa tín hiệu âm thanh H.323 và tín hiệu DTMF trong bản tin UserInputIndication H.225 ,thiết bị đầu cuối H.323 sẽ không mH hoá tín hiệu DTMF trong luồng dữ liệu âm thanh H.323. Tại phía nhận ,thiết bị đầu cuối D.323 sẽ chuyển các tín hiệu DTMF nhận đ−ợc trên bản tin UserInputIndication thành dạng ng−ời sử dụng có thể cảm nhận đ−ợc ví dụ nh− tín hiệu tone hoặc giá trị ghi vào một hộp thoại. 2.2.1.2 Gateway thu phát DTMF Do nhiệm vụ làm cầu nối trung gian giữa mạng H.323 và mạng phi H.323 nên tất cả các gateway đều phải có khả năng chuyển đổi từ dạng tín hiệu DTMF nhận đ−ợc từ phía mạng phi H.323 thành bản tin UserInputIndication H.245 để truyền đi trong mạng H.323 và ng−ợc lại. Khi nhận đ−ợc tín hiệu DTMF từ phía mạng phi H.323 thì ngoài việc chuyển đổi trên nó sẽ loại bỏ tín hiệu này khỏi luồng tín hiệu âm thanh. Khi phát tín hiệu DTMF cho mạng phi H.323 thì gateway sẽ giả thiết rằng không có một tín hiệu DTMF nào trên luồng tín hiệu H.323. 2.2.1.3 Gate Keeper thu và phát các tín hiệu âm thanh D.323. Gatekeeper có thể thực hiện việc khôi phục tín hiệu DTMF trong bản tin UserInputIndication nhận đ−ợc từ một phần tử H.323 và truyền nó cho một phần tử H.323 khác có liên quan tới cuộc gọi. 2.2.2 DTMF đ−ợc truyền thông qua giao thức thời gian thực RTP (Real time Transport Protocol) Đây là một ph−ơng pháp đ−ợc lựa chọn sử dụng để truyền DTMF thông qua một RTF riêng biệt đ−ợc trình bày trong bản thảo của IETF (draft-ietf-avt-dtmf-00.txt).Nừu đ−ợc thử nghiệm đạt kết quả tốt và đ−ợc VoIP forum thông qua thì nó sẽ trở thành một trong hai ph−ơng pháp mà các đầu cuối có thể lựa chọn để truyền DTMF. Khả năng thu phát tín hiệu theo ph−ơng thức đ−ợc trình bày trong draft-ietf-avt-dtmf- 00.txt của một thiết bị đầu cuối đ−ợc thiết lập bằng một bản tin H.245 TerminalCapabilitySet .Đầu cuối sẽ sử dụng các bit nhận dạng IMTC DTMF để chỉ ra khả năng mH hoá và giải mH RTP DTMF. Cácbit IMTC DTMF để chỉ ra khả năng nhận RTP DTMF sắp sếp theo thứ tự: CapabilityTable.capability.ReceiveAudioCapbility.nonStandar.nonStandarIdentifier.obje ct Các bit nhận dạng IMTC DTMF để chỉ ra khả năng truyền RTP DTMF sắp sếp theo thứ tự CapabilityTable.capability.TránmitAudioCapbility.nonStandar.nonStandarIdentifier.obje ct Khi một thiết bị đầu cuối hỗ trợ ph−ơng thức thu phát DTMF đ−ợc trình bày trong draft- ietf-avt-dtmf-00.txt thì H.245 sẽ mở kênh logic căn cứ vào bản tin H.245 openLogicalChanel 2.3 Khử tiếng vọng Trong mạng IP đ−ờng truyền tiếng vọng là đ−ờng tròn (round –trip) và tạo ra do mạch hybrid (chuyển 2 dây-4 dây) ,mặt khác tín hiệu sẽ tích luỹ qua các quá trình xử lý (mH hóa và giải mH ,đóng gói và giải đó gói ) và truyền dẫn tín hiệu. Vì vậy tiếng vọng là một trong những yếu tố chủ yếu ảnh h−ởng đến chất l−ợng cuộc thoại trên mạng Internet . Thông th−ờng việc khử tiếng vọng đ−ợc thực hiện trong các Gateway và khối này tuân theo các khuyến nghị G.165 và G.167. Hình 1.3 sau đây mô tả đ−ờng truyền của tín hiệu trên đó có các mạch triệt tiếng vong. + Echo Canceller Echo -  Speech Encoding Packe t Buffer  Speech Decoding elephone  Speech Decoding  Packet Transmission Packe t Buffer  Speech Encoding  Echo Canceler - Echo + Telephon Hình 2-5Mạch triệt tiếng vọng 2.4 Cơ chế bảo mật. Đối với các dịch vụ dựa trên cơ sở khuyến nghị H.323 và khuyến nghị H.245 của ITU-T mà cụ thể một trong các dịch vụ này là Thoại Internet ,cơ chế bảo mật của chúng đ−ợc thực hiện theo khuyến nghị H.235 của ITU-T.Cơ chế bảo mật trong khuyến nghị này chủ yếu nhằm chống lại mọi cố gắng thực hiện nghe trộm trong mạng cũng nh− mọi cố gắng làm lệch h−ớng các luồng dữ liệu. AV App Termial control and Management Data App G.XX H.26 X X RTCP H.225.0 Terminal to Gatekeeper Signaling (RAS) H.224.0 Call Signaling H.245 Sec. Cap. T.124 T.125 Encryption RTP T.123 Transport Security Unreliable Transport Reliable Transport Network Sercurity Network Layer Link Layer Physical Layer Hình 2-6 Phạm Vi tác động của khuyến nghị H.235 Hình 2.4 thể hiện phạm vi tác động của cơ chế bảo mật theo khuyến nghị H235 vào mô hình phân lớp trong khuyến nghị H323 2.4.1 Định nghĩa và khái niệm Authentication: là thủ tục kiểm tra thuê bao muốn sử dụng dịch vụ là ai.Authentication đ−ợc sử dụng để thực hiện kết nối ng−ời sử dụng và tổng đài dựa trên các Certificate.Thủ tục này cũng đ−ợc tổng đài sử dụng để thực hiện trao đổi thông tin riêng giữa hai phần tử nh− mật khẩu tĩnh hoặc là trao đổi tr−ớc một vài thông tin ngầm định .Authentication có tác dụng ngăn chặn ng−ời lạ sử dụng dịch vụ Certificate: là các thông tin chứa đặc điểm nhận dạng.Thông th−ờng Certificate bao gồm thông tin nhận dạng nhà cung cấp dị._.hính: • Truờng phái thứ nhất bao gồm các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và các tổ chức nhận thức đ−ợc lợi ích của việc tích hợp các dịch vụ dựa trên mạng chuyển mạch gói và họ muốn thu đ−ợc lợi nhuận đó. • Tr−ờng phái thứ hai gồm các nhà cung cấp dịch vụ viến thông và các tổ chức lo sợ không đạt đ−ợc độ tin cậy cũng nh− chất l−ợng dịch vụ nh− mạng chuyển mạch kênh. Đối với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ,mạng tích hợp đa dịch vụ đ−ợc phát triển dựa trên hạt nhân là mạng ATM. Trong khi đó đối với các tổ chức và doanh nghiệp diễn ra sự cạnh tranh gay gắt giữa công nghệ thông tin và công nghệ viễn thông. Nhu cầu đối với các ứng dụng tích hợp số liệu và âm thanh từ cái đơn giản nhất là Voice mail đến tích hợp điện thoại và máy tính nh− Call centre ngày càng gia tăng.Công nghệ thông tin cho phép triển khai và quản lý các ứng dụng này theo từng vùng và chính vì vâỵ đH có sự chuyển dịchh từ sử dụng tổng đài nội bộ PBX sang mạng các máy chủ của nhiều tổ chức và doanh nghiệp kết nối với nhau. Công nghệ ATM quá phức tạp và đắt tiền để triển khai trong mạng của các tổ chức và doanh nghiệp đây cũng là nguyên nhân phát triển của mạng IP .Sau đây là 3 nguyên nhân để ứng dụng công nghệ IP vào mạng của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trong những năm tới: • Sự phát triển của IP trong mạng WAN của các tổ chức và doanh nghiệp nhờ có khả năng tích hợp các dịch vụ và kết nối. • Phải triển khai truyền âm thanh qua mạng IP để phục vụ cho các ứng dụng mới tích hợp âm thanh và số liệu cũng nh− truyền thông đa ph−ơng tiện. • Sử dụng có hiệu quả hơn khả năng của mạng,không còn tình trạng tài nghuyên của mạng đ−ợc dành riêng để truyền một luồng dữ liệu nào, vì vậy cho phép sử dụng toàn bộ độ rộng băng tần vào mọi thời điểm. Cho đến năm 2005 thì các tranh cHi này sẽ đ−ợc giải quyết ,chuyển mạch gói sẽ trở thành công nghệ cơ sở cho hầu hết các mạng viễn thông của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông cũng nh− các tổ chức và doanh nghiệp lớn.Khi đó giá thành truyền dẫn giảm xuống và chiếm tỷ trọng nhỏ nên các nhà cung cấp dịch vụ viễn thoong cạnh tranh với nhau dựa trên việc triển khai các dịch vụ và quản lý một cách có hiệu quả. Vì vậy ngay từ bây giờ ,các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông phải bắt đầu đi sâu vào công nghệ IP .Vào thời điểm hiện tại ,các nhà cung cấp mạng Ip cạnh tranh chủ yếu dựa trên giá c−ớc phí rẻ, chất l−ợng dịch vụ thấp tuy nhiên nó chỉ chiếm đ−ợc một phần nhỏ thị tr−ờng viễn thông. Khi các dịch vụ mới có thể đ−ợc thực hiện đ−ợc qua IP và nhu cầu của khách hàng về các dịch vụ dựa trên IP ngày càng tăng thì tầm quan trọng của việc trở thành nhà cung cấp dịch vụ IP của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ngày càng tăng.Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông phải thử nghiệm khai thác các dịch vụ trên mạng IP ngay từ bây giờ để tạo tiền đề cho việc triển khai mạng IP thành hạt nhân của mạng viễn thông trong t−ơng lai. 7.3.4 Chiến l−ợc của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông với dịch vụ IP. Tuỳ thuộc vào lĩnh vực kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, mà họ có các định h−ớng khác nhau trong thị tr−ờng công nghệ IP: Nhà cung cấo dịch vụ viễn thông có vận hành mạng đ−ờng dài không? Nhà cung cấp dịch vụ viễn thông có vận hành mạng truy nhập nội hạt hay không? Bảng 7.1 thể hiện cách thức phân loại các nhà khai thác dịch vụ viễn thông và một vài nhà cung cấp mạng tiêu biểu. Có kinh doanh mạng truy nhập Không kinh doanh mạng truy nhập Có kinh doanh mạng đ−ờng dài Độc quyền từ Mới gia nhập thị tr−ờng AT&T Qwest Global one Easynet Globalnet Global Exchange tr−ớc BT NTT RBOCS Mạng cố định Mạng di động CWC NTL Vodaf one Không kinh doanh mạng đ−ờng dài CATV Lĩnh vực khác Time Warner Euro bell Jupiter Colt Lonica RCN Bảng 7.1 phân loại các nhà khai thác dịch vụ viễn thông 7.3.4.1 Nhà khai thác mạng truy nhập và mạng đ−ờng dài. a)Nhà khai thác độc quyền Các nhà khai thác độc quyền không những chỉ cung cấp các dịch vụ dựa trên công nghệ IP mà họ còn có xu thế sử dụng nó làm ph−ong tiện truyền dẫn. Các nhà khai thác độc quyền tiếp cận thị tr−ờng công nghệ IP theo các b−ớc: Kiểm tra khả năng của các dịch vụ IP,và phát triển các hệ thống cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng dựa trên công nghệ IP . Cung cấp dịch vụ IP trong mạng viễn thông quốc gia và mở rộng ra mạng quốc tế, với chất l−ợng cao và có bảo đảm. Cung cấp dịch vụ cho các nhà khai thác dịch vụ viễn thông khác. Chuẩn bị hệ thống tính c−ớc ,dịch vụ danh bạ điện thoại và các hệ thống khác để hỗ trợ vận hành mạng tích hợp đa dịch vụ. b)Nhà khai thác mạng truy nhập và mạng đ−ờng dài Nhà khai thác cả mạng đ−ờng dài và mạng truy nhập có nhiều lợi thế trong việc triển khai cung cấp dịch vụ điện thoại IP .Nhà khai thác mạng đ−ờng dài có thể cung cấp dịch vụ điện thoại IP với c−ớc phí thấp đáp ứng nhu cầu của các khách hàng có nhu cầu cao. Các nhà khai thác mạng loại này phải phát triển mạng IP có thể hỗ trợ các dịch vụ gia tăng giá trị khi mà xu thế chuyển từ cạnh tranh dựa trên c−ớc phí sang cạnh tranh dựa trên dịch vụ trong môi tr−ờng mạng IP. Các nhà khai thác mạng truy nhập và đ−ờng dài chủ yếu dựa trên ph−ơng thức thầu khoán vì vậy cho phép họ chuyển h−ớng kinh doanh nhanh chóng hơn so với các nhà kinh doanh độc quyền. c)Nhà khai thác mạng di động. Cho đến nay ,mạng di động dựa trên công nghệ chuyển mạch gói vẫn ch−a đ−ợc triển khai trong thực tế. Thoại qua Internet hiện tại ch−a thành lĩnh vực kinh doanh đối với các nhà khai thác mạng di động trong ít nhất 10 năm tới,vì để đảm bảo chất l−ợng của các dịch vụ thời gian thực trong giao diện vô tuyến rất khó và giá thành cao.Dịch vụ fax qua IP sẽ đ−ợc triển khai vào khoảng năm 2001 nh−ng nó cũng chỉ tồn tại đ−ợc đến năm 2005 ,khi mà tất cả các bản tin của mạng di động đều đ−ợc truyền d−ới dạng th− điện tử .Tuy nhiên các ứng dụng tích hợp tín hiệu thoại và gói dữ liệu là một thị tr−ờng rất quan trọng đối với các nhà khai thác mạng di động. 7.3.4.2 Nhà khai thác mạng đ−ờng trục Các nhà khai thác loại này kinh doanh dựa trên việc cung cấp kênh truyền kết nối các mạng truy nhập .Họ phải nỗ lực trong việc phát triển mạng để hỗ trợ điện thoại IP.Trong t−ơng lai các nhà khai thác mạng đ−ờng trục phải đ−ơng đầu với khó khăn là càng ngày sẽ càng có nhiều nhà khai thác mạng truy nhập với quy mô nhỏ. Với dịch vụ thoại qua mạng IP cho phép họ giải quyết khó khăn này .Các nhà khai thác loại này phải tập trung vào nghiên cứu triển khai trong lĩnh vực thoại IP và họ phải coi nhà khai thác mạng truy nhập quy mô nhỏ nh− là các thuê bao sử dụng dịch vụ . Đối với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông chỉ khai thác mạng đ−ờng trục ,họ phải phát triển các dịch vụ dựa trên công nghệ IP để cho phép một số l−ợng lớn các tổ chức và doanh ngiệp kết nối mạng nội bộ của họ với mạng công cộng. 7.3.4.3 Nhà khai thác mạng truy nhập. Các nhà khai thác dịch vụ viễn thông loại này có quan hệ chặt chẽ với khách hàng đầu cuối. Họ có vị trí thuận lợi trong khai thác nhu cầu cao về các dịch vụ dựa trên công nghệ IP của các doanh nghiệp vừa và lớn và của các nhà khai thác mạng đ−ờng trục.Sau đây là các thuận lợi của họ: • Quan hệ trực tiếp với khách hàng có nhu cầu cao về các dịch vụ tích hợp thoại và dữ liệu ví dụ nh− các trung tâm tài chính của thành phố. • Cung cấp dịch vụ Internet với chất l−ợng cao • Cung cấp dịch vụ th−ơng mại điện tử cho các doanh nghiệp. Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông chỉ khai thác mạng truy nhập phải luôn luôn theo sát sự phát triển của các dịch vụ dựa trên điện thoại IP và đ−a ra xu thế phát triển của dịch vụ này .Tuy nhiên cho đến khi mà họ ch−a cung cấp đ−ợc dịch vụ điện thoai IP đ−ờng dài thì họ vẫn ch−a thu đ−ợc lợi nhuận đáng kể. Nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp(CATV) CATV khai thác dựa trên mạng IP sẽ có thị tr−ờng lớn đối với nhóm dịch vụ bao gồm :điện thoại,truyền hình và truy nhập Internet .CATV phải tập trung vào phát triển công nghệ để cung cấp dịch vụ điện thoại ,truy nhập băng rộng cho các khách hàng thông qua modem băng rộng .CATV phải phát triển mối quan hệ giữa nội dung và dịch vụ ,điều đó có nghĩa là họ phải làm cho nội dung của ch−ơng trình ngày một hấp dẫn hơn. Tổng lợi nhuận thu đ−ợc từ thị tr−ờng các dịch vụ IP của 40 quốc gia bao gồm :dịch vụ trong mạng nội bộ và mạng công cộng sẽ đạt con số 60 tỷ USD vào năm 2005 Trong đó thị tr−ờng lớn nhất là Bắc Mỹ và tiếp theo là Tây âu. Millions $ 30000 25000 20000  We s te rn Europe Eas te r n Europe Far e as t and Pacific Ce ntral As ia 15000 10000 South Am e rica Noth Am e r ica 5000  Is r ae l and Sounth Afica 0 1,999 2,000 2,001 2,002 2,003 2,004 2,005 Hinh7. 5 Dự báo lợi nhuận của thị tr−ờng IP trong một số khu vực C h a p t e r 8 CHƯƠNG8 thiết kế Gateway thoại Internet và mô tả phần mềm VIPGATE. 8.1 Môi tr−ờng phát triển 8.1.1 tổng quan Tiêu chuẩn Một số tiêu chuẩn về quy trình phát triển phần mềm bao gồm: ISO 9000-9002; Unified Process; • Rational RoseTM Công cụ phát triển phần mềm h−ớng đối t−ợng đ−ợc sử dụng rộng rHi trên thế giới do khả năng hỗ trợ toàn bộ quy trình phát triển phần mềm .Ngoài ra ,nó còn hỗ trợ quy trình phát triển thống nhất (Unified Process). Card Dialogic Chi tiết về phần cứng này sẽ đ−ợc trình bày trong mục sau • Dialogic’s SDK (software Development Kit) Bộ th− viện phát triển phần mềm của Dialogic đ−ợc cung cấp cùng với card phần cứng giúp cho ng−ời phát triển có thể khai thác đ−ợc các tính năng của card một cách t−ơng đối rễ dàng. Ngôn ngữ lập trình Visual C++ 6.0 Ngôn ngứ lập trình đ−ợc sử dụng là Visual C++ vì nó là một ngôn ngữ đ−ợc dùng rộng rHi trong công nghiệp • Sơ đồ cấu hình hệ phát triển : Ex.11 Ex.15 Ex.16 ViPGa te VipGa te CO line 8345467 1.0.4.20 Mạng Internet 1.0.4.20 PSTN Hình 8-1Cấu hình Phone to Phone sử dụng 2 Gateway kết nối qua Internet 8.1.2 Cấu trúc phần cứng : Trong mô hình chế tạo thử nghiệm Gateway tại phòng Chuyển Mạch Viện Khoa Học Kỹ Thuật B−u Điện phần cứng card gắn trên PC là card Dialogic D/41H .Đây là card sử dụng kiến trúc vi xử lý kép có chức năng xử lý tín hiệu của một DSP và chức năng tính toán logic và thao tác với số liệu của một bộ vi điều khiển đa dụng 80186.Với cách tiếp cận này ,do bảng mạch có thể tự xử lý các tính toán ỏ mức thấp nên tải trên máy chủ giảm .Vì vậy,việc phát triển các ứng dụng mạch hơn trở nên dễ dàng hơn.Kiến trúc này xử lý các sự kiện thời gian thực ,quản lý dòng số liệu trên máy chủ (thời gian phản ứng của hệ thống nhanh hơn ) ,giảm yêu cầu xử lý ở máy chủ ,xử lý DTMF và báo hiệu thoại và cho DSP thực hiện xử lý báo hiệu cho cuộc gọi tới . Mỗi trong bốn giao diện dây thuê bao alalog trên bảng mạch D/41H nhận tiếng nói ở dạng analog và báo hiệu thoại từ mạng PSTN .Mỗi giao diện dây thuê bao sử dụng lẫy nhấc đặt máy có độ tin cậy cao (dùng công nghệ solid state nên không có tiếp xúc cơ khí )và mạch phát hiện chuông theo tiêu chuẩn FCC-phần 68 loại B .Mạch phát hiện chuông này hoạt động chính xác ngay cả khi có dao động điện thế trong mạng .Mỗi giao diện còn có mạch bảo vệ chống điện áp cao và thay đổi môi tr−ờng của mạng và cho phép ch−ơng trình ứng dụng nhấc máy vào bất cứ lúc nào trong khi đổ chuông mà không làm hỏng bảng mạch. PB Line Interface  Codec DSP DSP Control Bus Shared RAM Control Processor Codec Data DAT IR PC ISA Bus Hình 8-2Sơ đồ khối card D/41H Giao diện điện thoại có một đ−ờng âm thanh (on-hook audio path ) để phát hiện thông tin chủ gọi .Nó còn có thể phát hiện tone nhấn số ngay cả khi hạ máy .Khả năng này cho phép bảng mạch hoạt động với PBX. Tín hiệu thoại tới (chuông ,dòng điện mạch vòng ) đ−ợc xử lý bởi giao diện đ−ờng thuê bao và truyền tới bộ xử lý qua bus điều khiển .Bộ xử lý thông báo trình ứng dụng về trạng thái báo hiệu và h−ớng dẫn phần giao diện đ−ờng thuê bao gửi báo hiệu (nhấc /đặt máy ) ra mạng thoại. Tín hiệu tiếng nói alalog nhận từ mạng đ−ợc bộ giao diện đ−ờng thuê bao lọc và làm sạch và đ−a vào mạch CODEC .CODEC lọc , lấy mẫu và số hoá tín hiệu âm tần analog vào và gửi tín hiệu đH đ−ợc số hoá sang bộ DSP của Motorola. Dựa trên firmware của SpringWare cài đặt trong SRAM ,bộ DSP thực hiện phân tích tín hiệu và một số hoạt động khác nh− sau : Điều khiển khuếch đại tự động (Automatic gain Control ) để bù cho dao động của mức tín hiệu âm tần đầu vào ; • sử dụng thuật toán ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) hoặc PCM (Pulse Code Modulation )để nén tín hiệu thoại đH đ−ợc số hoá và để tiết kiệm đĩa; • phát hiện tone –DTMF ,MF, hoặc tone đơn hoặc tone kép đ−ợc định nghĩa bởi trình ứng dụng ; • phát hiện khoảng lặng nhằm xác định xem đ−ờng dây có im lặng không và chủ gọi không trả lời. Đối với số liệu ra ,bộ DSP thực hiện hoạt động sau: • dHn số liệu âm thanh (đH đ−ợc nén )cho playback; • điều chỉnh âm l−ợng và tốc độ playback theo yêu cầu của trình ứng dụng hoặc ng−ời sử dụng . • tạo tone –DTMF,MF hoặc tone đa dụng đ−ợc trình ứng dụng định nghĩa . • bộ xử lý kép còn thực hiện quay số và giám sát trạng thái cuộc gọi. • truyền tín hiệu nhấc máy tới mạng thoại. • quay số ra ngoài. • giám sát và báo kết quả :đ−ờng bận hoặc nghẽn ;chặn bởi nhà vận hành mạng ;rung chuông ,không ai nhấc máy ;hoặc nếu nhấc máy thì do ng−ời ,máy trả lời điện thoại,máy făx hay modem trả lời. Trong khi ghi âm, bộ DSP sử dụng tốc độ số hoá từ 24kbps đến 64 kbps theo yêu cầu của trình ứng dụng cho chất l−ợng tốt nhất và kích th−ớc hiệu quả nhất .Tôc độ số hoá đ−ợc chọn cho từng kênh và có thể đ−ợc thay đổi khi bắt đầu ghi hoặc phát .Tiếng nói sau khi qua xử lý bởi DSP đ−ợc truyền tới máy chủ PC và đ−ợc l−u giữ ở đó.Khi phát một file l−u trên đĩa ,bộ xử lý lấy thông tin thoại từ máy chủ PC và gửi tới bộ DSP .Bộ DSP chuyển đổi một file sang tiếng nó số hoá .Bộ DSP gửi tiếng nó dạng số và báo hiệu trả lời tới CODEC .CODEC chuyển sang tín hiệu dạng analog để truyền trong mạng thoại. Báo hiệu (nhấc /đặt máy ,chuông ...)đ−ợc gửi tới bộ xử lý và truyền tới trình ứng dụng qua RAM 2 cổng và ISA Bus của máy chủ PC. Bộ vi xử lý điều khiển tất cả hoạt động của bảng mạch D/41H qua bus nội bộ ,dịch và thực hiện các câu lệnh từ máy chủ PC .Nó xử lý các sự kiện thời gian thực ,quản lý dòng số liệu tới máy chủ PC,làm tăng nhanh thời gian đáp ứng của hệ thông. Trao đổi thông tin giữa bộ vi xử lý và máy chủ PC đ−ợc thực hiện qua RAM chung 2 cổng .RAM đóng vai trò bộ đệm vào ra do đó tăng hiệu suất truyền file từ /đến đĩa.RAM đ−ợc nối với maý chủ PC qua bus ISA.Tất cả hoạt động đ−ợc thực hiện với ngắt nhằm đáp ứng yêu cầ về thời gian thực của hệ thống .Khi khởi tạo hệ thống ,firmware của SpringWare đ−ợc tải từ máy chủ PC xuống RAM mH /số liệu và RAM DSP .Cơ chế tải firmware làm cho việc nâng cấp cải tiến đ−ợc dễ dàng hơn. 8.2 Giải pháp thiết lập bộ đệm . Một board thoại 4 kênh của Dialogic (ví dụ nh− D41H ) có bốn tài nguyên xử lý thoại, th−ờng đ−ợc sử dụng cho 4 kênh đọc /ghi thoại t−ơng tự . Giải pháp bộ đệm định lại tài nguyên xử lý thoại và gán kênh 1 và 2 để đọc ,kênh 3 và 4 để ghi, từ đó cho phép hai cổng thoại song công. Dữ liệu thoại PCM (ghi và đọc riêng biệt ) từ một ứng dụng Gateway Internet đ−ợc gửi thẳng đến các tài nguyên trên board ,nơi nó đ−ợc xử lý và đ−a ra nh− tín hiệu thoại analog tiêu chuẩn .Ng−ợc lại ,một tín hiệu thoại analog tiêu chuẩn nhận đ−ợc từ mạng telephone (CO hoặc PBX) đ−ợc phân chia bởi board thoại thành dữ liệu đọc và ghi và đ−ợc gửi thẳng đến ứng dụng Gateway . Một ứng dụng Internet GateWay điển hình thực hiện các chức năng sau: • Lấy dữ liệu thoại từ Internet ,chuyển từ dữ liệu thoại IP sang PCM, và chuyển dữ liệu PCM đến board thoại nơi nó đ−ợc đọc ra ở máy điện thoai. • Ghi dữ liệu thoại analog từ điện thoại, chuyển nó đến ứng dụng ,đổi từ PCM sang dữ liệu thoại IP ,và chuyển dữ liệu IP lên Internet . Application Dialogic Voice Board Internet Voice Over IP  Decoder PCM  DataStreaming  Channel 3 Firmware Buffer  Analog Voice Telephone Echo Cancel Channel 1 Voice Over IP  Decorder  PCM DataStreaming  Channel 3 Firmware Buffer Record Hình 8-3Hình Sơ đồ khối của giải pháp bộ đệm Chất l−ợng của Internet Telephony GateWay đ−ợc cải thiện bởi khả năng truyền dữ liệu thoại của nó gi−H board thoại Dialogic và ứng dụng nhanh hết mức có thể .Có hai ph−ơng pháp chuyển dữ liệu thoại: luồng UIO (ph−ơng pháp 1 ) và luồng đọc ghi trực tiếp-PRDS (ph−ơng pháp 2 ). Rescource1 Channel1 Rescource3  CO or PBX  Telephone annel 2 Rescource2 Ch Rescource4 PCM Play  PCM Record  PCM Play  PCM Record Telephone Internet gateway Application Internet Hình 8-4Hình Gateway cơ bản 8.2.1 Ph−ơng pháp truyền dữ liệu qua 3 bộ đệm. Luồng UIO là một ph−ơng án thuộc giải pháp bộ đệm (hình 3 ) .Dữ liệu thoại nhận đ−ợc từ mạng thoại (ghi ) đ−ợc ghi vào bộ đệm firmware của board thoại .Driver thoại sau đó điều khiển việc chuyển dữ liệu từ bộ đệm firmware đến một bộ đệm của driver .Các bộ đệm Driver đ−ợc tạo ra trong bộ nhớ của ng−ời dùng sử dụng hàm dx_setparm() , và có thể đ−ợc gán bất kỳ giá trị nào trong khoảng 256 byte đến 1 KB.Trong quá trình ghi ,khi bộ đệm driver đH đầy ,driver thoại gọi hàm write() của ng−ời dùng (đ−ợc chỉ ra trong hàm dx_setuio()).Thông th−ờng , hàm write() đ−ợc sử dụng để l−u dữ liệu trong bộ đệm ứng dụngđể xử lý. Dữ liệu thoại nhận đ−ợc từ Internet (đọc ) đ−ợc l−u vào trong bộ đệm ứng dụng .Trong khi đọc , khi driver thoại cần dữ liệu, một hàm read() của ng−ời dùng (đ−ợc chỉ ra trong hàm dx_setuio() ) đ−ợc sử di\ụng để l−u dữ liệu đến bộ đệm của driver (Nếu không có dữ liệu ,driver thoại chèn khoảng lặng vào bộ đệm firmware ). Driver thoại sau đó chuyển dữ liệu đến bộ đệm firmware nơi nó đ−ợc xử lý và gửi đi khỏi board thoại đến mạng telephone. Trễ tổng thể qua Internet GateWay có thể đ−ợc giảm bớt nhờ điều chỉnh cỡ bộ đệm của cả firmware và driver .Để hoạt động tối −u ,cỡ của bộ đệm driver phải đ−ợc đặt ở giá trị ít nhất gấp đôi cỡ bộ đệm firmware. Ví dụ khi sử dụng cỡ bộ đệm firmware là 512 byte và cỡ bộ đệm driver là 1.5kb thì trễ xấp xỉ 225 ms. internet internet Internet Gateway Appication Application Buffer User Memory Internet Gateway Appication Application Buffer User Memory Driver Buffer User Memory Dialogic Voice Board  Firmware Buffer User Memory Dialogic Voice Board Firmware Buffer User Memory Telephone Telephone Hình 8-5Hai ph−ơng pháp truyền dữ liệu Tốc độ vi xử lý của máy chủ cũng nh− các ch−ơng trình cùng chạy đồng thời sẽ có ảnh h−ởng đến khả năng giá trị các bộ đệm có thể đặt thấp đến đâu .Các thử nghiệm ban đầu chỉ ra cỡ tối thiểu cho bộ đệm driver là 512 và cỡ tối thiểu của bộ đệm firmware là 256 với vi xử lý pentium (90Mhz hoặc cao hơn ). 8.2.2 Ph−ơng thức truyền dữ liệu qua hai bộ đệm. Theo hình (3) luồng đọc ghi trực tiếp (PRDS ) không sử dụng bộ đệm driver nh− trong ph−ơng pháp 1 .Thay vào đó ,một khu vực bộ nhớ chia sẻ (cũng đ−ợc gọi là bộ đệm ứng dụng ) đ−ợc tạo ra và đ−ợc truy nhập bởi cả ứng dụng và driver .Bộ nhớ chia sẻ bao gồm một mào đầu (header) và có thể có đến 32 khối nhớ , mỗi khối nhớ t−ơng đ−ơng với cõ của bộ đệm firmware .Các hàm API đ−ợc sử dụng để cung cấp bộ nhớ chia sẻ. Dữ liệu thoại nhận đ−ợc từ mạng telephone (ghi ) đ−ợc l−u vào trong board thoại trong một bộ đệm firmware .Việc ghi đ−ợc khởi tạo sử dụng hàm dx_reciottdata() .Các điều khiển của driver thoại chuyển dữ liệu từ bộ đệm firmware đến bộ nhớ cha sẻ .Khi mà bộ đệm firmware đH đầy ,driver định vị trí trong bộ nhớ chia sẻ để l−u dữ liệu ,chuyển dữ liệu,sau đó thông báo cho ứng dụng bằng một event. Dữ liệu thoại nhận đ−ợc tử Internet (đọc ) đ−ợc l−u trong bộ nhớ chia sẻ.Việc đọc đ−ợc khởi tạo s−e dụng hàm dx_playiottdata() .Driver định vị địa chỉ trong bộ nhớ chia sẻ nơi dữ liệu đ−ợc l−u ,sau đó chuyển dữ liệu đến bộ đệm firmware .Ví dụ ,sử dụng cỡ bộ đệm firmware là 240 byte ,trễ xấp xỉ là 125 ms .Bằng cách đặt cỡ của bộ đệm firmware là 120 byte ,trễ đ−ợc giảm xuống còn khoảng 85 ms. 8.3 Triệt tiếng vọng Đặc tính triệt tiếng vọng của giải pháp bộ đệm đáp ứng đ−ợc ác yêu cầu đặc tr−ng của GateWay Internet Telephony . Trong môi tr−ờng Internet , tiếng vọng đ−ợc tạo ra trong GateWay và trong mạng thoại có thể bị trễ .Bộ triệt tiếng tiên tiến của Dialogic sẽ triệt các tiếng vọng bị trễ đến 16ms. các cải tiến khác bao gồm việc xử lý không tuyến tính và tăng c−ờng việc phát hiện nhiều ng−ời cùng nói. 8.4 Phần mềm VIPGate 8.4.1 Giới thiệu chung Phần mềm VIPGate đ−ợc xây dựng dựa trên phần mềm demo Phone IP kèm theo Card Dialogic D/41H.Do đây là card đa dụng thế hệ cũ sử dụng trong Voice Mail không phải là card chuyên dụng cho VoIP nên chúng không đ−ợc tích hợp chuẩn H.323 vào phần cứng của bảng mạch. Bản thân Card chỉ hỗ trợ nén PCM 64kb (theo luật A hoặc à)nên không thích hợp với việc truyền tín hiệu thoại trên mạng Internet .Vì vậy phần mềm VIPGate phải thực hiện hầu hết các chức năng của một Gateway VoIP nh− báo hiệu ,nén ,giải nén và giao tiếp.Các công việc chính của nhóm phát triển phần mềm là : • Viết ch−ơng trình xử lí báo hiệu cuộc gọi nh− chuông ,bận nhấc hạ máy ... • Phát triển bộ nén thoại tốc độ thấp theo chuẩn G.723.1 • phát triển phần truyền số liệu qua TCP/IP. • tích hợp CODEC tốc độ thấp vào VIPGate • phát triển phần xử lý bộ đệm cho 2 kênh thoại • lập giao diện thân thiện 8.4.2 Cấu trúc ch−ơng trình 8.4.2.1 Điều khiển xử lý cuộc gọi Hình Thể hiện cấu trúc phần mềm VIPGate 3.0 . Thông qua API của Dialogic module này thực hiện lệnh lấy các sự kiện của từng kênh thoại trên card D41/H qua đó thiết lập trạng thái và điều khiển thực hiện các hoạt động t−ơng ứng .Các trạng thái chính của kênh nh− sau: Đầu tiên kênh ở trạng thái rỗi và đợi tín hiệu chuông .Khi có tín hiệu chuông từ tổng đài cấp đến kênh chuyển sang trạng thái đợi tín hiệu DTMF chứa số máy bị gọi . Số máy bị gọi nhận đ−ợc sẽ đ−ợc truyền sang phía GateWay đối ph−ơng , đồng thời cho phép mH hoá tín hiệu thoại trên card theo chuẩn G.711. Khi nhận đ−ợc âm báo bận từ tổng đài gửi tới cuộc gọi sẽ đ−ợc kết thúc. PSTN  Điều khiển ,xử lý cuộc gọi Nhận chuông Thu phát tín hiệu DTMF mH hoá Nhận âm báo bận  Nén tín hiệu thoại GSM 6.1.0 L&H Codec DSP Group True Speech codec Truyền dữ liệu Dữ liệu điều khiển TCP Dữ liệu kiểm tra RTCP -tín hiệu thoại RTP  Mạng IP Giao diện với ng−ời xử dụng Nhân tham số Khởi động Tín hiệu thoại Tín hiệu điều khiển Hình 8-6Cấu trúc phần mềm VIPGate. 8.4.2.2 Nén Tín hiệu thoại. Tín hiệu thoại sau khi đ−ợc mH hoá G.711 thành luồng tín hiệu 64kbit/s tiếp tục đ−ợc nén thành luồng tín hiệu thấp hơn. Các chuẩn nén có thể xử dụng là: • Lernout & Hauspie (L&H) 4.8 kbit/s • GSM 6.10 13kbit/s • DSP Group True Speech 8 kbit/s • G.723.1 (5.6 hoặc 6.3 kbit/s) 8.4.2.3 Điều khiển truyền dữ liệu trên mạng IP Có hai ph−ơng thức truyền dữ liệu đ−ợc sử dụng: Dữ liệu báo hiệu đ−ợc truyền theo giao thức TCP . Giao thức này bảo đảm truyền đầy đủ , chính xác thông tin sang Gateway đối ph−ơng. Tín hiệu thoại sau khi đ−ợc mH hoá , nén xuống tốc độ thấp sẽ đ−ợc truyền trên mạng theo giao thức RTP. Dữ liệu truyền theo giao thức này có độ chính xác không bằng TCP tuy nhiên chiếm thời gian nhỏ đáp ứng đ−ợc yêu cầu sử lý thời gian thực của tín hiệu thoại. Giao thức RTCP dùng để kiểm tra quá trình chuyển dữ liệu , thống kê số gói đH gửi đi và số gói đH nhận đ−ợc. 8.4.3 Đặc tính kỹ thuật của VIPGate 8.4.3.1 Tính năng và yêu cầu kỹ thuật VIPGate làm cầu nối giữa mạng PSTN và mạng Internet ,thực hiện việc chuyển dạng PCM G.711 sang dạng tốc độ thấp và truyền tải qua mạng Internet . Yêu cầu đối với nền PC Hệ điều hành : Window NT CPU: Pentium 200 MHz (trở lên) RAM :>=32 MB Modem : >= 33.6 kbps DialogicCard : D21H,D41H. Tính năng của VIPGate • L&H Codec • Chuyển đổi địa chỉ E164 sang IP • Dung l−ơng 2-4 kênh thoại • Hỗ trợ giao thức RTP cho dịch vụ thời gian thực Miền ứng dụng Phù hợp với các ứng dụng: mạng doanh nghiệp ,CallCenter ,viễn thông nông thôn. 8.4.3.2 Giao diện ng−ời sử dụng Thực hiện các chức năng giao tiếp với ng−ời sử dụng .Các cửa sổ giao diện cho phép ng−ời sử dụng theo dõi trạng thái hoạt động ,thống kê thông tin sử dụng và các cảnh báo lỗi của toàn hệ thống hoặc từng kênh riêng biệt. Thông qua giao diện ,ng−ời sử dụng cũng có thể thiết lập cấu hình hoạt động và các tham số cho hệ thống. Giao diện chính của VIPGateway đ−ợc trình bầy trên hình sau đây: Các chức năng điều khiển hệ thống  Cửa sổ hiển thị trạng thái và cảnh báo hệ thống Cửa sổ hiển thị trạng thái và cảnh báo từng  Thời gian bắt đầu cuộc gọi Thời gian gọi Hình 8-7Giao diện chính của VIPGate 3.0 Toàn bộ giao diện đ−ợc chia thành hai phần chính : phần điều khiển và xem trạng thái chung của hệ thống. Phần này gồm các nút điều khiển nh− “Start” ,”Stop” bắt đầu và kết thúc hoạt động. “Option” mở cửa sổ thiết lập tham số và một cửa sổ hiển thị trạng thái và cảnh báo lỗi. Phần hiển thị trạng thái của từng kênh .Có tối đa bốn kênh có thể phục vụ .Các kênh đang hoạt động hiển thị nổi màu sáng ,các kênh ch−a thiết lập màu tối. Mỗ kênh sẽ có cửa sổ hiển thị trạng thái kênh và thời gian bắt đầu kết thúc cuộc gọi. Các tham số thiết lập hoạt động của Gateway đ−ợc chia thành các nhóm sau: File : Cho phép nạp các tham số cấu hình từ một file hoặc ghi lại các tham số hiện thời lên file General: Cho phép thiết lập các tham số cấu hình chung của hệ thống : các card D41/H đ−ợc cài đặt ,tên card ,các tham số chọn cấu hình hoạt động của Gatnet, thủ tục truyền trên mạng IP và ph−ơng pháp nén tín hiệu thoại tốc độ thấp. Figure 8-1 Hình 8-8 Cửa sổ thiết lập tham số IP-Buffer: Thiết lập độ lớn cho các buffer sử dụng trong ch−ơng trình. Địa chỉ IP trong kết nối Internet của GateWay và GateWay đầu xa. Giá trị cổng Internet đ−ợc sử dụng để điều khiển ,truyền dữ liệu và độ lớn của mỗi gói dữ liệu truyền trên mạng. Busy tone: L−u giữ thông tin tần số , nhịp thời gian của âm báo bận từ tổng đài PSTN gửi đến .Các thông tin này đ−ợc sử dụng cho các chức năng bắt âm báo bận. C h a p t e r 9 CHƯƠNG9 thử nghiệm Dịch vụ thoại Internet 9.1 Cấu hình thử nghiệm Mô hình mạng thử nghiệm sản phẩm VIPGate đ−ợc mô tả trong hình 9.1 .Trong quá trình phát triển sản phẩm, mô hình thử nghiệm này cũng đ−ợc áp dụng nh−ng với quy mô nhỏ hơn, ví dụ nh− các GateWay đều đặt trong cùng một vùng. Khi triển khai thử nghiệm trên quy mô lớn hơn, các GateWay có thể đ−ợc đặt ở các tỉnh khác nhau ví dụ nh− một GateWay sẽ đ−ợc đặt ở Hà Nội và một GateWay khác sẽ đ−ợc đặt ở thành phố Hồ Chí Minh .Việc thử nghiệm này sẽ cho phép đánh giá năng lực xử lý của VIPGate một cách chính xác và toàn diện hơn. Telephone Mạng thoại nội hạt  VIPGate Ver 3.0 Mạng Internet Telephone Mạng thoại nội hạt  VIPGate Ver 3.0 Hình 9-1Mô hình triển khai thử nghiệm 9.2 Cấu hình đo kiểm a)Cấu hình đo đặc tính biên độ tần số 1 1 Máy đo kênh PCM-4 Telephone B4 B1 B3 B2  Tổng đài PABX SIEMENS Gateway 1  Mạng Internet Hộp giữ mạch 1 Telephone 1 Gateway 2 Hình 9-2Cấu hình đo đặc tính biên độ tần số. b) Cấu hình đo độ trễ của tín hiệu thoại. 12 17 Telephone Oscilloscope LeCroy 9350A  Tổng đài PABX SIEMENS Gateway 1  Mạng Internet 13 Telephone 18 Gateway 2 Hình 9-3Cấu hình đo độ trễ của tín hiệu thoại. 9.3 Kết quả đánh giá chất l−ợng dịch vụ. Việc đánh giá chất l−ợng đ−ợc tiến hành trên hệ thống VIPGate với kết nối qua mạng Internet của VDC.Các bài đo bao gồm: • Đo mức (Level measurement ): khối phát của PCM-4 sẽ phát tín hiệu có mức là :-10 dBm, khối thu đo mức nhận đ−ợc.Bài đo này cho phép đánh giá tổng quan nhanh chóng điều gí xảy ra với mức tín hiệu khi đi qua hệ thống Tổng đài – Telephony Gateway –Internet –Telephony Gateway –tổng đài. • Đo suy hao tổng thể (Overall loss) trong giải tần 201Hz-3513Hz.Trong phép đo này sử dụng hai luồng tín hiệu giữa khối phát và khối thu analog .Đầu tiên hai khối này đ−ợc nối với nhau thông qua mạch vòng bên trong và khối phát sẽ phát mức t−ơng đối đến khối thu ,khối thu sẽ đo mức nhận đ−ợc.Sau đó mạch vòng để hở và bắt đầu đo thông qua đối t−ợng cần đo ,kết quả đem so sánh với kết quả đầu tiên.Nh− thế ta sẽ đo đ−ợc mức suy hao tổng thể qua đối t−ợng cần đo. • Đo ph−ơng sai khuyếch đại (Variation of gain with frequency) trong giải tần 201Hz-3513Hz. Phép đo này cho phép đo sự thay đổi của độ khuyếch đại theo tần số • Đo thay đổi khuyếch đại theo mức (Variation of gain with level ) .Trong phép đo này ta dùng tần số cố định 1024Hz .Tín hiệu đầu vào thay đổi từ mức –55 dbm đến 3 dBm,b−ớc tăng mức là 2 dBm, và đo độ khuyếch đại. • Đo méo tổng bao gồm cả méo l−ợng tử (Total distortion including quantising distortion).Độ méo tín hiệu âm thanh điện thoại có nhiều thành phần khác nhau .Méo l−ợng tử ,sinh ra bởi ph−ơng pháp chuyển đổi giá trị đ−ợc lấy mẫu của tín hiệu tần số thấp thành tín hiệu mH hoá nhị phân mô phỏng các giá trị biên độ rời rạc và ph−ơng pháp chuyển đổi ng−ợc lại. Ngoài ra còn có méo do dữ liệu bị mất khi truyền qua mạng IP và méo do các mạch Analog. Tất cả các bài đo đ−ợc thực hiện theo hai ph−ơng án sau: • ph−ơng án 1: cả hai Gateway đều đ−ợc nối vào mạng Internet của VDC tại Hà Nội. • ph−ơng án 2 : một Gateway đ−ợc nối vào mạng Internet của VDC tại Hà Nội ,Gateway khác đ−ợc nối vào mạng Internet của VDC tại thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả Kết quả các bài đo đH đ−ợc thực hiện tại phòng chuyển mạch viện khoa học kỹ thuật b−u điện (xem phần phụ lục). Kết quả bài đo mức (Level measurement):phụ lục A1; Kết quả bài đo suy hao tổng thể (Overall loss) :phụ lục A2; Kết quả bài đo ph−ơng sai khuyếch đại:phụ lục A3; Kết quả bài đo thay đổi khuyếch đại theo mức: phụ lục A4; Kết quả bài đo méo tổng bao gồm cả méo l−ợng tử : phụ lục A5; Tài liệu tham khảo: 1. DTS/TIPHON-03001,Using GSM speech codecs within ITU-T Recommendation H.323 2. Dialogic, Dialogic WorldView 3. M.Hopkins,”Internet Telephony”,Analysys Pubilcations; 4. Viện khoa học kỹ thuật b−u điện,”nghiên cứu triển khai thử nghiệm dịch vụ thoại giữa mạng IP và mạng chuyển mạch kênh”,Hà Nội 1999; 5. ITU_T Recommendation H.323 Ver.3 (09/1999) : Packet–based multimedia communications systems ._.