Рис. 5. Схема сигнальной обработки в шлюзе
Исходя из вышеизложенного, реализовывать функции IP-телефонии будет устройство (или устройства) - шлюз, которое с сетевой точки зрения осуществляет преобразование управляющей информации и данных, поступающих из одной сети (например PSTN) в пакеты глобальной сети Интернет и обратно. Причем такое преобразование не должно значительно исказить исходный речевой сигнал, а режим передачи обязан сохранить обмен информацией между абонентами в реальном масштабе времени.
Более полно основные функции выполняемые шлюзом при соединении типа "точка-точка" состоят в следующем.
Большая часть функций шлюза в рамках архитектуры TCP/IP реализуются в процессах прикладного уровня.
Наличие разноплановых с вычислительной точки зрения функций, выполняемых системой, порождает проблему ее программной и аппаратной реализации. Рациональное решение этой проблемы основано на использовании распределенной системы, в которой управленческие задачи и связь с сетью осуществляется с помощью универсального процессора, а решения задач сигнальной обработки и телефонного интерфейса выполняются на цифровом процессоре обработки сигналов.
Схема сигнальной обработки в шлюзе при подключении аналогового 2-х проводного телефонного канала PSTN показана на рис. 5.
Телефонный сигнал с 2-х проводной линии поступает на дифференциальную систему, которая разделяет
приемную и передающую часть канала. Далее сигнал передачи вместе с "просочившейся" частью
сигнала приема подается на аналого-цифровой преобразователь и превращается либо в стандартный 12
разрядный сигнал либо в 8-ми разрядный сигнал, закодированный по µ- либо А- закону. В последнем случае
обработка должна также включать соответствующий экспандер. В устройстве эхо-компенсации из сигнала
передачи удаляются остатки принимаемого сигнала. Эхо-компенсатор представляет собой адаптивный
нерекурсивный фильтр, длина памяти (порядок) которого и механизм адаптации выбираются такими, чтобы
удовлетворить требованиям рекомендации МКKТТ (ITU-T) G.165. Для обнаружения и определения сигналов
внутриполосной телефонной сигнализации (MF сигналов), сигналов DTMF либо импульсного наборов
используются детекторы соответствующих типов. В режиме сессии дальнейшая обработка входного сигнала
происходит
в речевом кодере. В анализаторе кодера сигнал сегментируется на отдельные фрагменты
длительностью 30 мс и каждому входному блоку, состоящему из 240 отсчетов (1920 бит при А либо µ- коде
и 2880 бит при 12-ти разрядном линейном коде), сопоставляется информационный кадр длиной 137 бит.
Часть параметров, вычисленная в анализаторе, используется в блоке определения голосовой активности (VAD - voice activity detector), который решает является ли текущий анализируемый фрагмент сигнала речью или паузой. При наличии паузы информационный кадр может не передаваться в службу виртуального канала. Режим передачи паузных кадров следующий. На сеансовый уровень передается лишь каждый пятый кадр такого типа. Кроме того, при отсутствии речи для кодировки текущих спектральных параметров используется только 27 бит. На приемной стороне из виртуального канала в логический поступает либо информационный кадр (длиной 137 или 27 бит) либо флаг наличия паузы. На паузных кадрах вместо речевого синтезатора включается генератор комфортного шума, который восстанавливает спектральный состав паузного сигнала. Параметры генератора обновляются при получении паузного информационного кадра. Наличие информационного кадра длиной 137 бит включает речевой декодер, на выходе которого формируется 12-ти разрядный речевой сигнал. Для эхо-компенсатора этот сигнал является сигналом дальнего абонента, фильтрация которого дает составляющую электрического эха в передаваемом сигнале. В зависимости от типа цифро-аналогового преобразования сигнал может быть подвергнут дополнительной кодировке по А- либо µ- закону.
Анализ схемы сигнальной обработки и опыт разработки позволяют выделить следующие основные проблемы цифровой обработки сигналов в шлюзе.
При использовании двухпроводных абонентских линий актуальной остаётся задача эхокомпенсации, особенность которой состоит в том, что компенсировать необходимо два различных класса сигналов - речи и телефонной сигнализации. Очень важной является задача обнаружения и детектирования телефонной сигнализации. Её сложность состоит в том, что служебные сигналы могут перемешиваться с сигналами речи.
Ключевая задача построения кодеков речи подробно обсуждалось в разделе "Речевые кодеки для IP телефонии". С построением кодеков тесно связана задача синтеза VAD. Основная трудность состоит в правильном детектировании пауз речи на фоне достаточно интенсивного акустического шума (шум офиса, улицы, автомобиля и т.д.)
