Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали




ИмеАнализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали
Дата на преобразуване07.10.2012
Размер88.98 Kb.
ТипОбзор
източникhttp://info.imbm.bas.bg/BDR/K15.doc

Анализ на възможностите
за изграждане на изделия за пренос на гласови данни
по съществуващи комуникационни канали



Мартин Чаушев, ЦЛМП-БАН
Красимир Чешмеджиев, ЦЛМП-БАН




Резюме: В настоящия доклад е изложена част от анализа на начините за преобразуване на гласови данни в цифров вид и необходимите ресурси за пренноса им по съществуващите комуникационни канали. Представена е направената оценка на някои от възможностите за приложение.



  1. Въведение

Речевата комуникация си остава най-желаната форма за общуване между хората. Аналоговите телекомуникации за предаване на реч стават все по-неактуални и негъвкави. Цифровото предаване на реч е по-удобно за постигане на по-ниска цена, достатъчно качество, сигурност и надеждност.

Първата фаза от дигитализацията на речта включва дискретизация и квантоване. И ако минималната честота на дискретизация е предопределена от Теоремата на Котелников, броя на нивата на квантоване най-общо се определя от степента на достоверно възстановяване (качество) на сигнала в приемника. Тези две ограничения водят до първоначален информационен поток от 64 kb/s (честота на дискретизация 8kHz, 256 нива на квантоване, логаритмично компандирани), който е стандартизиран за системите с импулсно-кодова модулация (PCM – Pulse Code Modulation).

Дигитализираната реч, обаче заема значително по-широка честотна лента, и съответно налага използването на комуникационни канали със значително по-висока пропускателна способност, ако бъде предавана пряко (без компресия). Така че компресията на данните е от жизнено важно значение за постигане на ефективното им предаване.

Това доведе до възникването на множество различни методи и стандарти за компресия на речеви сигнали. Със съществуващите понастоящем техники на компресия (всички със загуба на информация) е възможно снижаване на информационния поток до 2 kb/s (MPEG-4). По-нататъшна компресия е възможна само с цената на изключителна загуба на качеството.



  1. Обзор на някои от начините за дигитализиране на реч

Преобразувателите на аналогов сигнал в цифров код – кодери, най-общо се разделят на два класа: кодиращи формата на сигнала (waveform coders) и гласови кодери (voice coders) .

Кодерите на формата на сигнала създават последователност от стойностите на амплитудата на аналоговия сигнал (не непременно речев). Този метод позволява постигане на високо качество, тъй като в приемната страна се възстановява точно копие на формата на предавания сигнал. Такова кодиране се използва за запис на музика на компакт-дискове (с честота на дискретизация 44,1 kHz).

Гласовите кодери анализират параметрите на речевия сигнал и създават последователност, описваща изменението им във времето. В приемната страна се синтезира сигнал, който моделира входящия (т.е. не е точно копие). Аналогия за илюстрация на метода е предаване на нотите на музикално произведение, по които се възстановява музиката, вместо да се предава самата музика.

Съществуват и хибридни кодери, предаващи параметрите на речевия сигнал, в комбинация с частична информация за формата му. Този тип кодери осигуряват разумен компромис между качество на възстановяване и достатъчно ефективна компресия, и се използват в цифровите мобилни телефони.



Към първия клас кодери - на формата на сигнала, спадат и тези, използващи адаптивни методи за кодиране на амплитудата, при които за сметка на частична загуба на информация, се постига неколкократно намаляване на информационния поток – 40, 32, 24 и 16 kb/s.

Съществуват гласови кодери (тези от втория клас), при които е постигнато снижаване на информационния поток до 0,8 kb/s, характеризиращи се с разбираемост на речта, но без възможност за разпознаване на говорещия човек.

В табл.1 са посочени характеристиките на някои от съществуващите стандартизирани методи за кодиране.


Таблица 1

No

Кодер

Технология

Инф. поток, kb/s

1.

G.711

a-Law, u-Law

Logarithmic Companding

64

2.

G.726

Adaptive Differential PCM

40, 32, 24, 16

3.

G.728

Low Delay Code Excited LP (LD-CELP)

16, 12.8, 9.6

4.

G.729

Conjugate Structure Algebraic Code Excited LP (CS-ACELP)

8, 6.4, 11.8

5.

G.723

Multi Pulse Maximum Likelihood Quantization (MP-MLQ),
Algebraic Code Excited LP (ACELP)

5.3, 6.3

6.

Full Rate (FR)

Regular Pulse Excited Long Term Prediction (RPE-LTP)

13

7.

Half-Rate (HR)

Vector Sum Excited LP (VSELP)

5.6

8.

Enhanced Full Rate (HER)

Code Excited LP (CELP)

12.2

9.

Adaptive Multi Rate (AMR)

Code Excited LP (CELP)

4.75-12.2

10.

Enhanced Variable Rate (EVR)

Relaxation Code Excited LP (RCELP)

8-13

11.

HVXC (MPEG-4)

Harmonic Vector Excitation Coding (HVXC)

2, 1.2-1.7

12.

CELP (MPEG-4)

Code Excited LP (CELP)

3.85-12.2 @ 8kHz
10.9-23.8 @ 16kHz




  1. Особености на съществуващи комуникационни канали

Разглеждаме широко разпространените комуникационни среди, позволяващи преноса на речеви данни при определени условия. Те могат да са както вече изградени и имащи свободен капацитет, така и конкретно създадени за целта.

В случаите на двупосочна връзка е съществено използваната преносна среда да позволява предаването на данните с неголямо времезакъснение (напр. не повече от 0,5 s).

В посочената категория попадат частните (също и наети) линии, локални компютърни мрежи, мрежите на кабелните телевизионни оператори, безжични мрежи за пренос на данни, както и интернет.

Най-общо, изброените комуникационни среди могат да се разделят според тяхната топология на такива, позволяващи връзка точка-точка (частните линии и някои безжични канали, удачни за връзка на относително по-големи разстояния) и други, позволяващи връзка между повече от две точки (останалите видове мрежи, удачни за използване на свободен капацитет без допълнително окабеляване).



  1. Оценка на възможноста за приложение

Отчитаме факта, че производителите, създаващи изделия (телефонни централи и съпътстващите ги спомагателни изделия), предназначени за множество пазари в много случаи ги правят съобразени със стандартите на различни държави, което ги прави универсални, но и ги оскъпява. Също така тези изделия съдържат функционалност (отразена в цената), която в много случаи остава неизползвана.

Това създава възможност за създаване на изделия, съобразени с конкретни условия, без излишна универсалност и функционалност, но с необходимите технически показатели и на сравнително ниска цена.

В съответствие с настъпилите променни в законовата уредба относно монопола на БТК в областта на телефонните услуги ще стане възможно и други организации да предоставят телефонни услуги. В резултат на това възникват предпоставки за играждане и използване на алтернативни решения за пренос на глас. Това от своя страна ще създаде условия за използване както на стандартна апаратура, така и на специализирана такава, проектирана за конкретно предназначение и условия.

Поставихме си за цел да установим степента на сложност и постижимите показатели на възможни изделия за пренасяне на множество речеви канали чрез един даннов поток, пригоден за пренасяне по съществуващи комуникационни среди или такива, които могат да бъдат изградени на приемлива цена.

Това предполага създаване на съответно изделие, способно да преобразува речевите сигнали в цифров вид и обратно, да формира и обработва двупосочен даннов поток, и което е съобразено със съществуващите стандарти или позволява използване на нестандартни протоколи за обмен (съобразно съответната преносна среда). Постигането на приемлива цена предполага използване на достъпни компоненти (микропроцесори, микроконтролери и др.), осигуряващи необходимата изчислителна мощност, без голямо презапасяване.

За целта бяха проведени разчети за оценяване необходимата производителност на микроконтролер за обработка на информационнен поток, постъпващ от определен брой кодери, преобразуването и предаването му по асинхронен сериен интерфейс.

Информационните потоци от по 64 kb/s, постъпващи например от 8 кодера формират сумарен поток от 512 kb/s. Към същия ще трябва да се прибави определен обем служебна информация от порядъка на 1-2%, така че пълния поток от данни е от порядъка на 520 kb/s.

Даннов поток с такава скорост може да се предава по двупроводна линия на разстояние няколко километра чрез асинхронен сериен интерфейс по стандарт RS-485.

С цел постигане на гъвкавост при формиране на сумарния даннов поток, предвиждаме това да се извършва от микроконтролер. Освен това така се осигурява възможност за използване на друга преносна среда (напр. Ethernet).

За определяне на необходимата производителност на микроконтролер бе разработен примерен алгоритъм, извършващ следното:

  • формиране на управляващи сигнали за кодерите;

  • събиране на данните, постъпващи от кодерите;

  • формиране на данновия пакет за предаване;

  • формиране на служебната информация;

  • предаване на служебната информация и данновия пакет.

При разчетите се използваха показателите на микроконтролер Intel 8051 и кодек Motorola 145540 (PCM 64 kb/s, ADPCM 32, 24, 16 kb/s).

Необходимата работна честота на микроконтролера при 8 еднопосочни канала се получава от порядъка на 20-25 MHz. Детайлнните разчети за конкретно решение с тактова честота на микроконтролера 23,04 MHz и три стойности на скоростта на предаване по серийния интерфейс, дават възможния брой едновременно предавани канали, са посочени в табл. 2.


Таблица 2

Скорост на цифровия
поток за канал,
kbit/s

Скорост на комуникационния канал, kb/s


115,2

230,4

460,8

16

5

8

8

32

2

5

8

64

1

2

5 (4)



За провеждане на експерименти беше проектиран и изработен модул с горепосочените параметри.

При използване на подобно техническо решение и при наличие, например на частна (наета) линия с пропускателна способност 128 kb/s, е възможно едновременно предаване на 2 до 7 полудуплексни речеви канала. При реализане на динамично променяне на потока данни, постъпващ от отделните кодери, е възможно част от речевите каналите да бъдат превръщани в дуплексни, съобразно натоварването на комуникационния канал.

При разработване на съответно техническо решение ще бъде възможно използването на свободен капацитет в съществуващи мрежи на кабелните телевизионни оператори, както и локални компютърни мрежи.

От гореизложеното следва, че за определени конкретни приложения е възможно постигането на технически по-оптимални (за разлика от универсалните) решения, които са и икономически по-ефективни.


Литература

1. ITU, “Recomendation G.711: Pulse code modulation (PCM) of voice frequencies”, 1988

2. ITU, “Recomendation G.726: 40, 32, 24, 16 kbit/s Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM)”, 1990

3. ITU, Recomendation G.728: "Coding of speech at 16 kbit/s using low-delay code excited linear prediction", 1992

4. ITU, Recomendation G.729: "Coding of speech at 8 kbit/s using conjugate-structure algebraic-code-excited linear-prediction (CS-ACELP)", 1996

5. ITU, Recomendation G.723: "Extensions of Recommendation G.721 adaptive differential pulse code modulation to 24 and 40 kbit/s for digital circuit multiplication equipment application", 1988

6. Douglas B.,Voice Encoding Methods for Digital Wireless Comunications Systems, Southern Methodist University, 1997

7. Ericsson, Understanding Communications, STF, Studentlitteratur, 2002

8. Communications Technology International, Oct. 2001

9. Network Magazine, Feb. 2002

10. Motorola, MC145540 ADPCM Codec Datasheet, 1997

Свързани:

Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconВестител бг ад, част от Овергаз Холдинг е телекомуникационна компания от ново поколение с национално покритие, лицензирана за предоставяне на фиксирани гласови
Интернет, услуги за пренос на данни, както и първият оператор, който реализира и развива интерактивна цифрова телевизия, регистрирана...
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconВестител бг ад, част от Овергаз Холдинг е телекомуникационна компания от ново поколение с национално покритие, лицензирана за предоставяне на фиксирани гласови
Интернет, услуги за пренос на данни, както и първият оператор, който реализира и развива интерактивна цифрова телевизия, регистрирана...
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconТехническо задание за Наемане на линии за Мрежата за пренос на данни на Министерство на финансите Притежател
Целта на поръчката е осигуряване на комуникационна свързаност в Мрежата за пренос на данни на Министерство на финансите (мпд на мф)...
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconПриложение №1 техническо задание
Да се осигури услугата оптичната свързаност с посочените по-долу капацитет и местоположение към man мрежа за пренос на данни чрез...
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconПресконференция Всички целеви групи
Дял от анкетираните, запознати с оптп и скф по комуникационни канали и инструменти
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconДокументация за участие в открита процедура за възлагане на
Проектиране и изграждане на национална система за гласови и видео комуникации на държавната администрация ”
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconРегресионни уравнения за неиндуктивен пренос на заряд въз основа на лабораторни данни
Атанас Манчев, Румяна Мицева. Регресионни уравнения за неиндуктивен пренос на заряд въз основа на лабораторни данни
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconФакултет по математика и информатика
Анализ на данни и регресия”. Целта на курса е запознаване с многомерни модели и съоветните им процедури за статистистически анализ...
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconНова бранд комуникация на Opel
Тя ще стартира в 36 държави и ще използва разнообразна гама от комуникационни канали като телевизия, печатни издания, онлайн, търговски...
Анализ на възможностите за изграждане на изделия за пренос на гласови данни по съществуващи комуникационни канали iconНаредба №6 от 25 ноември 2004 Г. За технически правила и нормативи за проектиране, изграждане и ползване на обектите и съоръженията за пренос, съхранение, разпределение и доставка на природен газ
Чл. С наредбата се определят техническите правила и нормативи за проектиране, изграждане и ползване на обектите и съоръженията за...
Поставете бутон на вашия сайт:
Документация


Базата данни е защитена от авторски права ©bgconv.com 2012
прилага по отношение на администрацията
Документация
Дом