VoIP中丢包补偿算法研究

论文摘要

随着Internet的兴起和广泛应用，VoIP(Voice over Internet Protocol)作为一种以IP电话为主，利用Internet技术进行语音通信的新业务。近年来，VoIP获得了突飞猛进的发展和应用，正在不断进军传统电话业务的市场，并且有取而代之的趋势。然而，IP网络提供的是一种“尽力而为”的服务，没有服务质量(QoS)的保证，并不能保证网络传输的可靠性。因此，网络的好坏必然引起语音信号的抖动、延时、丢包等现象，而丢包现象是影响VoIP网络通话质量的主要因素，所以解决该问题是提高VoIP语音通话质量的关键。为了解决VoIP中语音通话的丢包问题，目前国内外的研究人员已经研究出了很多丢包处理技术，并且对语音包的丢失起到了比较好的补偿效果。本文主要针对基于接收端的语音丢包补偿算法进行研究，从语音信号的线性与非线性产生模型入手分析，首先基于线性理论，研究了基于波形替代的丢包补偿算法。此算法根据语音信号的短时相关性，利用丢失包前正确接收到的语音包中的语音波形来修复丢失包缺失的波形。为了使语音波形平滑、连续，在波形交叠处，采用OLA叠加算法来实现。然后对语音信号进行线性预测分析，研究了一种基于改进的线性预测模型的丢包补偿算法，该算法以线性预测为基础，根据缓冲区中的样本点，计算出自相关系数、LP系数，估计出基音周期以及基音周期预测信号，通过改进的线性预测模型估计出丢失包中的样本点，从而来实现语音的丢包补偿。以上的研究都是基于线性理论的分析，而语音信号的产生是非线性的，语音信号是具有混沌性的，所以单纯从线性的角度分析，并不能很准确的预测丢失的语音信号。因此，本文从非线性理论的角度分析，对语音信号进行相空间重构，结合神经网络的相关理论，提出了一种基于RBF神经网络预测的丢包补偿算法，从理论上分析，该算法对于处理VoIP中的丢包现象能得到更好的效果。最后，基于NIST Net软件搭建了一套网络模拟环境，在搭建的这个网络模拟环境中，基于UDP协议建立Socket通信，传输一个标准的语音文件，在接收端对接收到的语音信号进行丢包补偿处理，然后测试出补偿后语音文件的PESQ值，从而对各种丢包补偿算法进行性能分析和评估。实验证明，基于RBF神经网络预测的丢包补偿算法比线性预测的丢包补偿算法对连续语音包丢失有更好的补偿效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2. VoIP 的关键技术及相关协议分析
• 2.1 VoIP 的关键技术
• 2.1.1 语音编解码技术
• 2.1.2 静音抑制技术
• 2.1.3 回声消除技术
• 2.1.4 抖动消除技术
• 2.1.5 丢包处理技术
• 2.2 VoIP 中相关协议解析
• 2.2.1 通信控制协议
• 2.2.2 实时控制协议
• 2.2.3 信息传输协议
• 2.3 VoIP 的基本概念和原理
• 2.3.1 VoIP 基本概念
• 2.3.2 VoIP 基本原理
• 2.3.3 VoIP 的传输过程
• 3. VoIP 中丢包补偿算法模型的研究
• 3.1 语音信号的产生模型
• 3.1.1 语音信号的线性产生模型
• 3.1.2 语音信号的非线性产生模型
• 3.2 基于波形替代的丢包补偿算法
• 3.2.1 波形替代补偿算法分析
• 3.2.2 波形替代补偿算法结果分析
• 3.3 基于线性预测的丢包补偿算法
• 3.3.1 语音信号的线性分析
• 3.3.2 线性预测补偿算法分析
• 3.3.3 线性预测补偿算法结果分析
• 3.4 基于非线性预测的丢包补偿算法
• 3.4.1 语音信号的非线性分析
• 3.4.2 语音信号的相空间重构
• 3.4.3 RBF 神经网络预测理论
• 3.4.4 RBF 神经网络补偿算法分析
• 3.4.5 RBF 神经网络补偿算法结果分析
• 3.5 不同补偿算法结果比较分析
• 4. 语音丢包补偿算法的测试与分析
• 4.1 基于 NIST Net 网络模拟环境的搭建
• 4.1.1 NIST Net 软件简介
• 4.1.2 NIST Net 软件的安装
• 4.1.3 网络模拟环境的搭建
• 4.2 VoIP 的丢包补偿算法的测试
• 4.2.1 Socket 通信系统的建立
• 4.2.2 丢包补偿算法的测试系统结构
• 4.2.3 语音丢包处理的流程分析
• 4.2.4 丢包补偿算法的测试与分析
• 5. 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢