IPTV의 상용화에 맞추어 사용자와 TV간의 정보 교환에 의한 대화형 서비스들이 제공되고 있으며, 특히 음성인식 기술은 이러한 서비스를 실현하기 위한 중요한 기술 중의 하나로 대두되고 있다. TV에서의 음성인식 수행을 위해서는 가정환경과 같은 제한된 공간에서 효율적으로 사용자의 음성을 TV에 전송할 수 있는 근거리 무선통신 수단이 필요하게 된다. 특히, 리모트 컨트롤러와 같은 저전력 시스템 환경에서 구현이 가능해야 한다. 따라서 이러한 제한된 조건에서 최적의 성능을 갖는 음성 전송 시스템 개발이 요구되고 있다. 본 논문에서는 블루투스 환경 하에서 음성인식을 위해 필요한 음성전송 시스템을 실시간 구현한다. 효율적인 음성전송을 위해 G.711을 기본 코덱으로 사용하며, 음성전송 시 발생하는 패킷손실에 따른 음성 품질 저하를 줄이기 위해 G.711 패킷손실 은닉 알고리즘을 음성전송 시스템에 적용한다. 특히 G.711 패킷 손실 은닉 알고리즘 수행을 위해 블루투스 프로토콜 스택application layer에 RTP 프로토콜을 적용하여 패킷 손실 여부를 확인하고, 패킷 손실 발생 시 패킷손실 은닉 알고리즘을 통해 음성의 품질 저하를 줄인다. 구현된 시스템의 성능을 평가한 결과, G.711 패킷 손실 알고리즘을 적용하여 2~10%의 패킷손실 환경에서 14.7%의 음질개선을 얻을 수 있었다.
광대역 VoIP 네트워크 환경에서는 불안정한 네트워크 환경으로 인해 음성패킷이 불규칙적으로 수신되어 음성데이터의 재생이 원활하지 못하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 네트워크 상태에 따라 원활하게 음성패킷을 재생시키는 스케줄링 방식을 제안한다. 제안하는 방식은 수신단에 도착한 패킷 헤더정보를 이용해 네트워크 지터를 추정하고, 추정된 지터와 지터버퍼와 음성프레임버퍼에 존재하는 패킷수 및 음성프레임 개수, 음성클래스정보에 따라 음성프레임의 길이를 변화시켜 재생시킴으로써 수신단의 버퍼링 지연을 줄이고 출력신호의 음성왜곡을 최소화한다. 제안하는 스케줄링 방식의 성능측정을 위해 버퍼링 지연과 PESQ를 기존 음성패킷 재생 스케줄링 방식과 비교한다.
본 논문은 이동통신상에서 송신측의 송신 채널 에러정보를 수신측에서 송신측으로 전달하는 음성패킷을 이용하여 송신측에 알려주어 압축과정에 이용하게 할 수 있는 방법을 제안한다. ACELP(Algebraic CELP)구조 방식을 가지고 있는 음성압축기들 중 G.729을 사용하며 음성 패킷정보 중 Pitch Delay와 Fixed Codebook를 이용하여 전송음성 패킷안에 상대방의 송신 채널정보를 싣는다. 수신측에서 받은 패킷이 Erasure로 판단되었을 때 패킷정보들 중 Fixed Codebook Index를 만들게 되는 4개의 Optimal 펄스 중 2개의 펄스만 사용하며 나머지 2개의 펄스는 약속된 임의의 위치에 위치시킨 후 송신측에 전송시킨다. 상대방에서 약속에 맞는 위치의 펄스를 보내왔을 때를 체크함으로써 자신의 송신채널 상태를 알 수 있게 된다 송신채널에$5\%$ Erasure 채널 에러가 발생했을 때 채널정보를 가진 패킷의 음질은 약 0.1dB 정도 떨어지게 된다. 하지만 음성압축 전송 시 송신채널의 정보를 이용하여 무선채널에러에 강하게 할 수 있다.
Ethernet에 음성신호의 전송을 위한 패킷음성 프로토콜을 PC 구현하였다. 구현한 패킷음성 프로토콜은 CCITT의 G.764 패킷음성 프로토콜을 수정하여 사용하였다. 이를 위하여 ethernet을 통한 음성통신을 하기 위한 하드웨어 시스템을 설계하였는데, 전화기 인터페이스부분, 음성처리부분, PC인터페이스부분 및 제어부분으로 나누어진다. 소프트웨어는 OSI 7 계층에 맞추어 설계하였으며 ethernet device driver, 전화기 인터페이스 하드웨어 driver 그리고 패킷음성 프로토콜 처리부분으로 구성되어 있다. 실제 실험결과 ethernet을 통하여 전화를 연결하고 만족한 음성통화를 할 수 있었다.
유/무선 통신 시스템에서는 통신망마다 각각 다른 음성 부호화기를 사용하므로 음성신호는 두 번의 부/복호화 과정을 거치게 된다. 이로 인해 음질저하, 계산량 증가, 그리고 전달 지연 증가 등의 문제가 발생된다. 본 논문에서는 위의 문제점들을 개선하기 위하여 패킷 음성통신과 무선 이동 통신에 사용되는 음성 부호화기의 상호부호화를 위한 알고리듬을 제안한다 효율적인 음성 패킷 변환 방법을 제안하였으며, 8 kbps G.729A 패킷을 5.3 kbps G.723.1 패킷으로 변환하는 방법을 제안한다. 제안된 음성 패킷 변환 방법은 LSP 변환과정, 적응코드북 변환과정 그리고 고정 코드북 고속 탐색 과정으로 구성된다. 여러 가지 음성 신호로 모의 실험한 결과, 본 논문에서 제안된 상호부호화 알고리듬이 두 번의 부/복호화 과정을 거친 경우보다 짧은 전달 지연 시간과 적은 계산량으로 동등한 음질의 음성신호로 복호화함을 확인하였다.
디지털 이동 통신 시스템에서 서로 다른 음성 압축기를 사용하는 단말기 사이의 통신은 음성 신호를 두 번의 압축/복원 과정을 거쳐 전달하므로 음질 저하, 계산량 증가, 전달 지연 증가 등의 문제를 발생시킨다. 본 논문에서는 이와 같은 단말기 사이의 통신에서의 문제점을 해결하기 위하여 음성 패킷 변환 방법을 제안하고, 13kbps QCELP 패킷을 8kbps QCELP 패킷으로 변환하는 방법을 개발한다. 여러 음성 신호를 이용한 모의 실험 결과, 본 논문에서 개발된 패킷 변환기가 짧은 음성전달 지연과 약 33%의 계산량으로 일반적인 이중 압축 방법과 동등한 음질의 음성 신호를 합성하는 것을 확인하였다.
실시간 VoIP 네트워크는 지연, 지터 그리고 패킷손실과 같은 네트워크 장애요소로 인해 품질저하가 발생한다. 본 논문은 VoIP 음질 향상을 위해 잡음환경에 강인한 음성분류기반의 패킷손실 은닉 알고리즘을 제안한다. 제안된 방식에서는 음성신호로부터 추출된 다양한 특징들을 분석하고 이를 기반으로 획득된 적응적인 문턱값을 사용하여 수신단에 도착한 패킷을 분류한다. 정확한 신호분류 결과는 패킷손실 은닉에 사용된다. 그리고 선형 예측 기반의 손실패킷 은닉은 연속적으로 패킷을 은닉하거나 손실된 패킷복원 시 발생하는 메탈릭 아티펙트를 제거함으로써 고품질의 음성을 제공한다.
본 고에서는 최근 들어 멀티서비스 통합망 솔루션으로 많은 관심을 끌고 있는 패킷 음성 기술에 대해 조사 분석한 내용을 기술한다. 패킷 음성 기술은 데이터 서비스 위주의 패킷망에 음성 트래픽을 통합하여 전달해 줌으로써 가입자 관점에서는 저가에 음성 서비스를 제공받게 되고, 망사업자 입장에서는 망 구축운용 비용의 절감과 망자원 사용 효율의 개선, 서비스 제공 능력의 강화에 의한 경쟁력 확보를 보장해 준다. 멀티서비스 통합 통신망의 구축은 초기에는 주로 업무용 가입자들을 주요 대상으로 WAN/LAN 도메인에서 진행이 되고, 이후 일반 가입자들을 대상으로 공중망으로 확산될 것으로 예상된다. 패킷 음성 기술의 기술적 대안으로는 인터넷을 통한 Voice over Internet (VoIP) 기술과 ATM 망을 통한 Voice and Telephony over ATM (VTOA) 기술 및 프레임 릴레이 망을 이용하는 Voice over Frame Relay (VoFR) 기술이 많은 관심을 끌고 있으며, 표준규격의 추진과 시스템 개발이 활발히 진행되고 있는 상태이다.
본 논문에서는 음성 패킷을 전송하기 위해 새로 제시되어 표준화된 AAL2의 성능을 이산 시간 시뮬레이션 모형(discrete-time simulation model)을 통해 분석하였다. 시뮬레이션의 입력 파라메터로는 AAL2 PDU를 만들기 위한 패킷 필 지연 시간(packet fill delay), 여러 AAL2 PDU로부터 ATM 셀을 만들기 위한 셀 생성 지연(guard time), 음성 트래픽의 특성을 정의하는 버스트 정도(burstness), 그리고 사용자 수(number of channels)로 하였으며 이 값의 변화에 따른 음성 패킷의 양종단 지연 시간 변이(end-to-end delay variation)을 계산하여 각각의 파라미터가 음성 패킷의 성능에 미치는 영향을 분석하였다.
디지털 음성 통신에서 송신하는 음성 패킷의 전송 에러율을 알면 송신 채널 상황에 적합한 압축 동작을 통하여 전체 통신의 품질을 향상시킬 수 있다. 그러나 현재의 이동통신과 인터넷 통신에서는 음성 패킷의 전송 에러정보를 알려주는 프로토콜이 지원되지 않는다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위하여 채널의 전송 에러 정보를 음성 패킷에 삽입하여 실시간으로 전달하는 방법을 제안한다. 제안하는 채널 에러 정보 삽입 방법은 ACELP (algebraic code-excited linear predictin) 코드벡터의 펄스 위치의 상관 관계를 이용하며, 이를 통하여 추가정보 삽입에 의한 음질 저하를 막고 오인식율을 줄일 수 있다. 다양한 음성 데이터를 이용하여 제안한 방법의 성능을 측정하였으며 음질의 저하가 거의 발생하지 않고 정보의 검출 능력과 오인식율에서 만족할 만한 성능을 가지는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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