Средства и системы передачи

Основными существующими системами передачи являются аналоговая аппаратура К-60П для стационарных объектов, П-303 для подвижных объектов, и часто устанавливаемая на стационарных объектах цифровая аппаратура ИКМ-30.

Аппаратура К-60П. Упрощенная структурная схема каналообразующей аппаратуры К-60П представлена на рис.7

Рис.7. Упрощенная структурная схема К-60П.

Первой ступенью типового преобразовательного оборудования является аппаратура канального преобразования - стойка СИП 60 (стойка индивидуального преобразования на 60 каналов). Она предназначена для образования 5 двенадцатиканальных первичных групп со спектром частот 60÷108 кГц каждая. При формировании основной ПГ каналов с использованием одной ступени преобразования на каждый из 12 канальных преобразователей подаются исходные информационные сигналы в полосе частот 0,3÷3,4 кГц и разные несущие, значения которых:

f_к=112-4К, (1)

где К-номер канала ТЧ в пределах ПГ; для первого канала f₁=108 кГц, для второго канала f₁=104 кГц и т.д. Для 12 канала -64 кГц.

СГП (стойка группового преобразования) выполняет две функции: формирование стандартной вторичной группы (ВГ) и формирование из ВГ линейного спектра, т.е. выполняя тем самым функции аппаратуры сопряжения в тракте передачи и обратного преобразования в тракте приема.

СЛУК- стойка линейных усилителей и корректоров. На СЛУК в тракте передачи подаются линейные контрольные частоты: 16;112;248 кГц.

СВКО (стойка вводно-кабельного оборудования) предназначена для ввода кабелей из кабельной шахты и расшивки (включения) их на боксы с линейной стороны, а также включения станционного оборудования (от стойки СЛУК).

СУГО 1-5М (стойка унифицированного генераторного оборудования)- для получения индивидуальных, групповых несущих частот, а также групповых и линейных контрольных частот.

СДП –стойка дистанционного питания.

Аппаратура П-303 совместно с кабелем П-296 составляет четырехпроводную однополосную шести или трехканальную ВЧ систему передачи, рассчитанную на максимальную дальность связи до 1000км. Аппаратура П-303 построена по групповому принципу и содержит следующие основные устройства:

· Индивидуальное оборудование;

· Групповое оборудование трактов передачи и приема;

· Генераторное оборудование;

· Устройства АРУ;

· Контрольно–измерительные устройства;

· Устройства канала служебной связи;

· Устройства электропитания.

Для формирования линейного спектра использованы три ступени преобразования. В индивидуальном оборудовании применяется преобразование низкочастотных сигналов с помощью несущих частот 12, 16 и 20 кГц для первого, второго и третьего каналов соответственно с использованием верхних боковых полос от 12,3 до 15,4 кГц, от 16,3 до 19,4 кГц, от 20,3 до 23,4 кГц. Аналогичному преобразованию подвергаются сигналы четвертого, пятого и шестого каналов.

На второй ступени преобразования осуществляется перенос спектров двух трехканальных групп 12,3-23,4 кГц в диапазон частот от 68 до 96 кГц с помощью несущих частот 92 и 108 кГц.

Используемые полосы частот от 68 до 80 кГц (первая группа) и от 84 до 96 кГц (вторая группа) с помощью третьей ступени преобразования, групповой, на несущей частоте 64 кГц переносится в линейный спектр частот 4-32 кГц.

Кроме полученного спектра частот в линию подаются сигналы служебной связи и контрольная частота 18 кГц.

В тракте приема преобразование сигналов линейного спектра в спектры тональной частоты осуществляется в обратном порядке. [17] Рассмотренная аппаратура относится к классу аналоговых и поэтому в перспективных системах связи ее использование не целесообразно.

Аппаратура ИКМ-30. У подобных систем передачи скорость цифрового потока около 2 Мбит/с. Объединение цифровых потоков в этих системах осуществляется по принципу «чередования кодовых комбинаций». Введение в них синхросигнала и различных служебных символов потребовало дополнительных каналов и привело к тому, что скорость объединенного цифрового потока стала больше суммы скоростей объединяемых потоков.

Скорость передачи по междугородным симметричным кабелям может быть увеличена до 8 Мбит/с. По каждой паре этих кабелей могут работать четыре системы ИКМ-30 или пять систем ИКМ-24. Чтобы обеспечить одновременную работу этих систем, нужно объединять их выходные потоки. Аппаратура, осуществляющая это объединение, называется по числу образованных каналов – ИКМ-120. Скорость потока на выходе этой аппаратуры 8448 Мбит/с.

Более мощные потоки цифровой информации можно «гнать» по парам коаксиальных кабелей, волокнам оптических кабелей, стволам спутниковых и радиорелейных линий связи. Для образования высокоскоростных потоков объединяют цифровые потоки четырех систем ИКМ-120. В результате скорость передачи в линии возрастает до 34,368 Мбит/с. Число каналов в новой системе равно 480, поэтому она получила название ИКМ-480.

Поступая далее аналогичным образом, получаем при слиянии четырех потоков систем передачи ИКМ-480 суммарный цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с. Это уже аппаратура ИКМ-1920 (рис.8).

Более мощные потоки цифровой информации можно «гнать» по парам коаксиальных кабелей, волокнам оптических кабелей. Стволам спутниковых и радиорелейных линий связи. Данная аппаратура формирует стандартные цифровые каналы со скоростью 64 кбит/с каждый, и в принципе, может использоваться для модернизации.

В настоящее время перспективными являются системы передачи, обеспечивающие совместную цифровую передачу разноскоростных каналов. Реализация этого возможна с использованием двух принципиально отличных подходов к решению задачи.

Первый подход заключается в использовании мультиплексоров.

Второй подход – в использовании технологии Voice over IP (VoIP).

Мультиплексор служит для объединения в единый цифровой поток (ЦП) потоков от различных источников - кодеров сжатия, выходов других мультиплексоров, инкапсуляторов, приемников-декодеров, генератора PSI/SI таблиц, ЕСМ генератора и ЕММ инжектора и др. Приходящие сигналы могут иметь разную временную базу (т.е. формироваться с несколько различными тактовыми частотами), например для телеграфной информации – 50…100 бит/с, для компьютерных данных – 200 бит/с, для телефонной связи – 64 кбит/с, и задача мультиплексора - сформировать цифровой поток с сохранением синхронизирующей информации для каждого из компонентов потока.

Принцип действия мультиплексора основан на свойствах буфера памяти - информация записывается в него с одной тактовой частотой, а считывается с другой, более высокой. Если представить себе цепочку последовательно соединенных буферов, синхронизированных таким образом, что выходные пачки импульсов не перекрываются во времени, это и будет мультиплексор. В некоторых конструкциях цепочку замыкают в кольцо. Приходящие потоки демультиплексируются до уровня пакетированного элементарного потока (ПЭП) и затем заново "сшиваются" в единый ЦП с общей тактовой частотой. Поскольку время прихода пакетов на разные входы не синхронизировано, время пробега их внутри мультиплексора также различается, что может вызвать дрожание меток PCR. Для устранения этого явления для всех ремультиплексируемых сервисов производится коррекция PCR на основе специальных временных меток, вставляемых в пакет на входе мультиплексора.

Основным параметром мультиплексора считается выходная скорость ЦП. Эта скорость должна быть не ниже суммы скоростей всех объединяемых потоков. Превышение скорости выходного потока компенсируется введением нулевых пакетов на выходе мультиплексора. [23].

Рассмотрим некоторые виды мультиплексоров, которые могут быть использованы для модернизации многоканальной линии передачи аэропорт «Ставрополь» - предприятие МСИ.

Cronyx E1-XL-IP. Мультиплексор E1-XL-IP представляет собой мультиплексор, позволяющий передавать один канал E1 через асинхронную пакетную сеть передачи данных. Здесь и далее термин «канал E1» используется для обозначения канала передачи данных, имеющего интерфейс в соответствии со стандартом ITU-T G.703 для передачи данных с номинальной битовой скоростью 2048 кбит/с, как с цикловой организацией в соответствии со стандартом ITU-T G.704 (или ИКМ-30), так и без цикловой организации. E1-XL-IP предназначен для надежной передачи (проброса) структурированного (полного или отдельных канальных интервалов) или неструктурированного потока E1 через асинхронную пакетную сеть с негарантированной доставкой (IP или Ethernet), с оптимизацией трафика за счет сжатия данных и удаления простоев.

Основные характеристики мультиплексора E1-XL-IP:

· технология TDM/IP от «КБ Кроникс»;

· один интерфейс E1/ИКМ-30;

· два интерфейса Ethernet IEEE 802.3 10/100Base-T Mbps;

· соответствие стандартам ITU-T G.703, G.704, G.706, G.711, G.726, G.732, G.823 и IEEE 802.3;

· поддержка технологии «Динамических потоков», механизмов VAD/CNG и DTX с целью экономии полосы пропускания и минимизации объёма сетевого трафика;

· поддержка сжатия голосовой информации до 4-х раз;

· дальность по линии E1/ИКМ-30 до 2.5 км;

· управляющий порт RS-232/V.24 DTE, доступ посредством SSH;

· обновление firmware через Интернет (подобно Windows Update);

· два режима локального шлейфа;

На рис.9. показана типовая схема применения E1-XL-IP. Два устройства используются для соединения двух локальных сетей и офисных АТС (УАТС) через магистральную IP-сеть.

- ЦСП-30 - цифровая система передачи, аналогичная ИКМ-30, оснащенная более расширенными составом функциональных возможностей. Цифровая система передачи ЦСП-30 предназначена для организации соединительных линий аналоговых и цифровых АТС, выделенных каналов передачи данных, линейных трактов xDSL, уплотнения абонентских линий.

Функциональные возможности ЦСП-30:

· обработка и формирование потока Е1 согласно рекомендаций G.703, G.704, G.706 МСЭ-Т, включая выполнение процедуры CRC-4;

· ввод/вывод в/из поток Е1 голосовых каналов со скоростью 64 кбит/с с соответствующими сигнальными каналами и каналов передачи данных n*64 кбит/с;

· кросс-соединение каналов со скоростью 64 кбит/с и сигнальных каналов 4 потоков Е1;

· преобразование цифровых синхронных и асинхронных интерфейсов типа V.35, RS-530, RS-232, Ethernet - каналов передачи данных;

· преобразование аналоговых интерфейсов абонентских и соединительных линий с различными видами сигнализации;

· организация линейного тракта Е1 (дистанционное питание, телеконтроль регенераторов, служебная связь);

· транспортировка полного (30 каналов по двум парам) или дробного (16 каналов по одной паре) потока Е1 встроенным или автономным модемом HDSL (код 2B1Q), а также полного или дробного потока Е1 по одной или двум парам (код TC PAM);

· дистанционное питание удаленного (выносного) блока;

· локальная диагностика и компьютерный мониторинг каналов;

· защита линейных и канальных окончаний от грозовых и промышленных перенапряжений.

- Гибкий мультиплексор ТС-30. Гибкий мультиплексор ТС-30 преобразовывает соединительные линии аналоговых АТС, абонентских линий и каналов передачи данных в цифровой поток 2,048 Мбит/с (Е1).

Функциональные возможности гибкого мультиплексора ТС-30:

Гибкий мультиплексор ТС- 30 может работать в режимах:

· оконечного мультиплексора;

· мультиплексора ввода-вывода;

· кроссировочного мультиплексора.

В режиме оконечного мультиплексора: гибкий мультиплексор ТС-30 обеспечивает мультиплексирование до 60 аналоговых каналов и каналов передачи данных. Платы аналоговых канальных интерфейсов обеспечивают подключение абонентских телефонных аппаратов различного типа и соединительных линий между механическими АТС. Скорость передачи данных от 0,3 кбит/с до n х 64 кбит/с.

Мультиплексор ввода-вывода: в режиме работы мультиплексора ввода/вывода ТС-30 использует два первичных цифровых потока Е1. Гибкий мультиплексор имеет возможность ввести и вывести любые телефонные каналы или каналы передачи данных в общем количестве до 30 из любого потока Е1. Присвоение номеров временным интервалам и назначение направления передачи осуществляется программным способом.

Кроссировочный мультиплексор: в режиме кроссировочного мультиплексора ТС-30 использует 4 первичных цифровых потока Е1. ТС-30 осуществляет кроссировку каналов 64 кбит/с между всеми первичными цифровыми потоками и имеет возможность ввести-вывести до 30 каналов из любого потока Е1. Конфигурация кроссирования производится программно.

- Гибкий мультиплексор ОГМ-30 предназначен для применения на сельских, городских, ведомственных, внутризоновых и магистральных сетях связи в качестве:

· оконечного мультиплексора;

· мультиплексора ввода/вывода;

· кроссировочного мультиплексора;

· конвертера сигнализации.

Функциональные возможности гибкого мультиплексора ОГМ-30: формирование первичных цифровых сигналов электросвязи со скоростью передачи 2 048 кбит/с из:

· аналоговых речевых сигналов от абонентского телефона;

· аналоговых речевых сигналов с батарейной сигнализацией (3-7 проводов);

· аналоговых речевых сигналов и сигналов взаимодействия с батарейной сигнализацией (3-х проводная, 7-ми проводная) от аналоговых АТС;

· аналоговых речевых сигналов и сигналов взаимодействия с E&M - сигнализацией от аналоговых АТС;

· аналоговых речевых сигналов и сигналов взаимодействия с одночастотной или двухчастотной сигнализацией в частотном диапазоне телефонного канала;

· одного или двух цифровых сигналов 1 024 кбит/с аппаратуры ИКМ-15;

· сигналов, соответствующих рекомендациям V.24, V.35, V.36, X.21.

- Мультиплексор-компрессор МК-Е1 предназначен для уплотнения и передачи данных потока E1 с одновременным мультиплексированием (инкапсуляцией) данных канала Ethernet, при организации связи по потоку Е1.

Оборудование обеспечивает передачу данных потока E1 и данных канала Ethernet одновременно в составе потока E1. В результате компрессии речевых каналов в потоке Е1 высвобождается пропускная способность, используемая для передачи данных Ethernet. Компрессия речевых каналов позволяет сохранить количество передаваемых речевых каналов при незначительной потере качества речи. Скорость сжатого речевого канала может выбираться из 4 доступных (16//24/32/40 Кбит/с). Количество каналов потока E1, подвергаемых компрессии, может изменяться пользователем. Данные Ethernet могут целиком занимать канальные интервалы, если в них не передаются данные телефонии. Количество и номера таких канальных интервалов также задаются пользователем. Соответственно, изменяется пропускная способность канала Ethernet, лежащая в диапазоне от 24 до 1984 Кбит/с.

Количество каналов потока E1, подвергающихся процессу компрессии-декомпрессии, может варьироваться, обеспечивая различную пропускную способность канала Ethernet, а также возможность использования незатронутых процессом компрессии-декомпрессии каналов потока E1 для передачи данных цифровых устройств (например, организация модемных соединений). Также возможно заполнение пустых речевых каналов данными Ethernet. Типовая схема применения мультиплексора МК-Е1 приведена на рис.10.

Функциональные возможности:

· Передача данных потока E1;

· Компрессия-декомпрессия канальных интервалов потока E1 в соответствии с рекомендацией G.726 (16/24/32/40 кбит/с);

· Передача данных Ethernet (до 1472Кбит/с) при одновременном наличии потока E1 (если речевая информация передаётся во всех каналах и применяется компрессия 16Кбит/с);

· Изменение числа канальных интервалов потока E1, подвергающихся компрессии-декомпрессии;

· Изменение числа канальных интервалов, полностью занимаемых данными Ethernet;

· Установка типа канала Ethernet 10BASE-T или 100BASE-TX.

- Программно-управляемый многофункциональный первичный мультиплексор серии МП предназначен для применения в качестве оборудования абонентского доступа на сетях связи различного назначения.

МП-1 предназначен для:

· ввода/вывода двух сигналов первичного сетевого интерфейса в соответствии с Рекомендацией G.703 МСЭ-Т одного направления передачи (сигналы Е1);

· формирования первичного группового сигнала с цикловой структурой согласно Рекомендаций G.704, G.706 МСЭ-Т, включая выполнение процедуры CRC-4 (сигнал ПГС Е1), из которого осуществляется ввод/вывод до 30 (31) цифровых каналов (64 кбит/c);

· обеспечения цикловой и сверхцикловой синхронизации сигнала Е1;

· объединения сигналов поканальной сигнализации в 16 канальный интервал (КИ) ПГС Е1;

· ввода/вывода канала технического обслуживания (ТО). Канал ТО передается в ПГС Е1 в битах национального использования, скорость канала ТО - 2400 бит/с;

· ввода/вывода сигнала внешней тактовой синхронизации.

-МультиплексорMegaplex 2200 обеспечивает интегрированную передачу многочисленных выделенных каналов голоса, ISDN (Integrated Services Digital Network – цифровая сеть интегрального обслуживания) по четырем линиям E1. Мультиплексор может быть подключен к телефонной сети, сетям ISDN и другим цифровым сетям передачи данных непосредственно или через модемы.

Для передачи большого объема информации в потоке Е1 необходимо сжатие данных. Сжатие данных — процедура перекодирования данных, производимая с целью уменьшения их объёма. Применяется для более рационального использования устройств хранения и передачи данных.

Различают сжатие без потерь (когда возможно восстановление исходных данных без искажений) или с потерями (восстановление возможно с незначительными искажениями).

Каждый метод сжатия имеет свои достоинства и недостатки. Естественно, что большую сжимаемость данных обеспечивает сжатие данных с потерями. Современные процедуры сжатия позволяют уменьшить объем передаваемых данных в 2…5 раз при использовании процедуры сжатия без потерь и в десятки раз – при сжатии с потерями. Сжатие основано на устранении избыточности информации, содержащейся в исходных данных. Примером избыточности является повторение в тексте фрагментов (например, слов естественного или машинного языка). Подобная избыточность обычно устраняется заменой повторяющейся последовательности более коротким значением (кодом). Другой вид избыточности связан с тем, что некоторые значения в сжимаемых данных встречаются чаще других, при этом возможно заменять часто встречающиеся данные более короткими кодами, а редкие – более длинными (вероятностное сжатие). Сжатие данных, не обладающих свойством избыточности (например, случайный сигнал или шум), невозможно. Также, обычно невозможно сжатие зашифрованной информации. Методы сжатия без потерь могут быть распределены по типу данных, для которых они были созданы. Три основных типа данных для алгоритма сжатия данных это текст, изображения и звук. В принципе, любой многоцелевой алгоритм сжатия данных без потерь (многоцелевой означает, что он может обрабатывать любой тип бинарных данных) может использоваться для любого типа данных, но большинство из них неэффективны для каждого основного типа. Звуковые данные, например, не могут быть хорошо сжаты алгоритмом сжатия текста.

Большинство программ сжатия без потерь использует два различных типа алгоритмов: статистический и словарный. В алгоритмах статистического сжатия сжимаемые данные представляются в виде последовательности отдельных символов, каждому из которых присваивается кодовая комбинация в соответствии с вероятностью выдачи его источником сообщения. В словарных алгоритмах сжатия кодируются группы символов (строк, фраз, слов).

Функциональное соответствие процесса сжатия и обратного процесса – разжимания предполагает, что декодировщик имеет доступ к той же модели что и кодировщик. Это достигается двумя способами: статическим и динамическим. Статическое моделирование использует для процесса сжатия одну и ту же модель. Она известна заранее и хранится в памяти кодировщика и декодировщика. Динамическое моделирование предполагает наращивание (уточнение) модели в самом процессе сжатия.

Разновидностью адаптивного моделирования является полуадаптивное моделирование. В этом случае своя модель формируется для каждого конкретного сообщения. На рис.10 представлена обобщенная классификация методов сжатия.

Компания Cisco Systems приводит результаты тестирования кодеков по критерию наилучшей разборчивости речи. Оценка коде ков произведена по традиционной 5-ти бальной шкале, где наилучшему качеству звучания соответствует наибольший бал. Результаты представлены в таблице 1.

G.711 — это ITU-T стандарт для аудио компандирования. В основном используется в телефонии. Впервые был представлен в 1972 году. G.711 — стандарт для представления 8-ми битной компрессии PCM голоса с частотой Вопрос оценки качества кодирования голоса с использованием различных кодеков возник сразу же с момента их появления. При этом речь не ведётся об измерении коэффициента нелинейных и интермодуляционных искажений и отношения сигнал/шум, как это принято для оценки тракта звуковоспроизводящей аппаратуры. Специфика использования речевого кодека позволяет оперировать такой характеристикой как Усреднённое Совокупное Мнение (MOS – Mean Opinion Score - экспертная оценка).

дискретизации 8000 кадров/секунду и 8 Бит/кадр. Таким образом, G.711 кодек создает поток

Таблица 1

Результаты тестирования кодеков

64 Кбит/с. Существуют два основных алгоритма преобразования ТЧ сигнала в цифровой сигнал, представленных в стандарте, Mu-law (М-кодирование) (используется в Северной Америке и Японии) и A-law (А-кодирование) (используется в Европе и в остальном мире). Оба алгоритма являются логарифмическими, но более поздний a-law был изначально предназначен для компьютерной обработки процессов. Стандарт также определяет последовательность кодов, соответствующих уровню сигнала 0 Дб.

Основные уравнения:

Mu-law:

y = ln(1 + ux) / ln(1 + u), (2)

где u = 255

A-law:

y = Ax / (1 + ln A) для x <= 1/A (3)

y = (1 + ln Ax) / (1 + ln A) для 1/A <= x <= 1, (4)

где A = 87,6

Необходимо отметить, что ITU определяет, что нулевой бит имеет значение 128, а седьмой — значение 1. Это отличается от широко принятого определения, что бит 7 = 128, а бит 0 = 1. Также необходимо отметить, что при отправке данных через E0 (G.703), MSB (знаковый бит) отсылается первым, а LSB отсылается последним.

G.723.1 — один из базовых кодеков для приложений IP-телефонии. Утвержден ITU-T в рекомендации G.723.1 в ноябре 1995 года. Выбран форумом IMTC как базовый для приложений ip-телефонии. Кодек G.723.1 генерирует кадры длительностью 30 мс, предварительно анализируя 7,5 мс сигнала. Предусмотрено два режима работы: 6,3 Кбит/с (кадр имеет размер 189 битов, дополненных до 24 байтов) и 5,3 Кбит/с (кадр имеет размер 158 битов, дополненных до 20 байтов). Режим работы может меняться динамически от кадра к кадру. Оба режима обязательны для реализации. Оценка MOS составляет 3,9 в режиме 6,3 Кбит/с и 3,65 в режиме 5,3 Кбит/с. Кодек специфицирован на основе операций как с плавающей точкой, так и с фиксированной точкой в виде кода на языке С. Реализация кодека на процессоре с фиксированной точкой требует производительности около 16 MIPS. Кодек G.723.1 имеет детектор речевой активности и обеспечивает генерацию комфортного шума на удаленном конце в период молчания. Эти функции специфицированы в приложении A (Annex А) к рекомендации G.723.1. Параметры фонового шума кодируются очень маленькими кадрами размером 4 байта. Если параметры шума не меняются существенно, передача полностью прекращается.

G.726 кодек является стандартом ITU-T адаптивной импульсно-кодовой модуляции - ADPCM и описывает передачу голоса полосой в 16, 24, 32, и 40 Кбит/с. Он замещает собой другие стандарты – G.721, который описывает ADPCM передачу голоса полосой в 32 килобит/сек, и G.723, который описывает ADPCM передачу в 24 и 40 Кбит/с. Четыре полосы кодека G.726 соотносят обычно с размерами сэмплов в битах, это 2-х, 3-х, 4-х, и 5-ти битовый соответственно. Наиболее часто используемый среди них 32 Кбит/с, который равен ровно половине полосы стандартного кодека G.711, поэтому его использование сразу повышает полезную нагрузку сети на 100%. В первую очередь используется на интернациональных транках в телефонных сетях. Он также является стандартным кодеком, используемым в беспроводных телефонах системы DECT, а также используется в некоторых камерах фирмы Canon.

G.729 — это узкополосный речевой кодек, который применяется для эффективного цифрового представления узкополосной телефонной речи (сигнала телефонного качества). Такая речь характеризуется полосой между 300 и 3400 Гц и может быть оцифрована с частотой квантования 8 кГц. В идеале речевой кодек должен представлять речь такой разрядностью, какая только возможна. В этом случае восстановленная речь будет точно соответствовать оригиналу. На практике приходится выбирать разрядность кодека и мириться с некоторой погрешностью квантования. G.729 — один из перспективных типов кодеков, в частности, стандарт G.729 — 8Кбит/с. Согласно теории, речевой сигнал длительностью в одну секунду можно полностью описать (то есть оцифровать, передать или сохранить в цифровом виде и затем восстановить в исходный сигнал по цифровому представлению) цифровым потоком 60 байт/сек. Идея оцифровывать и передавать (или сохранять) в цифровом виде не сам сигнал, а его параметр (количество переходов через ноль, спектральные характеристики и др.), чтобы затем по этим параметрам выбирать модель голосового тракта и синтезировать исходный сигнал, лежит в основе вокодеров (VOice CODER) или синтезирующих кодеков. Для всех типов кодеков справедливо правило: чем меньше плотность цифрового потока, тем больше восстановленный сигнал отличается от оригинала. Однако восстановленный сигнал гибридных кодеков обладает вполне высокими характеристиками, восстанавливается тембр речевого сигнала, его динамические характеристики, другими словами, его «узнаваемость» и «распознаваемость». Алгоритм основан на модели кодирования с использованием линейного предсказания с возбуждением по алгебраической кодовой книге (CELP-модель). Кодер оперирует с кадрами речевого сигнала длиной 10мс, дискретизованными с частотой 8кГц, что соответствует 80-ти 16-битным отсчетам в линейном законе. Для каждого кадра производится анализ речевого сигнала и выделяются параметры модели (коэффициенты фильтра линейного предсказания, индексы и коэффициенты усиления в адаптивной и фиксированной кодовых книгах). Далее эти параметры кодируются и передаются в канал. В декодере битовая посылка используется для восстановления параметров сигнала возбуждения и коэффициентов синтезирующего фильтра. Речь восстанавливается путем пропускания сигнала возбуждения через кратковременный синтезирующий фильтр. Синтезирующий фильтр имеет полюсную передаточную функцию 10-го порядка. Для работы синтезатора основного тона используется адаптивная кодовая книга. Впоследствии речь улучшается адаптивной постфильтрацией. В случае потери передаваемой кодером битовой посылки, исходные данные для речевого синтезатора получаются интерполяцией данных с предыдущих «хороших» кадров, но при этом энергия интерполированного речевого сигнала постепенно уменьшается, что не создает особого дискомфорта у слушателя. Вокодер обрабатывает кадры речевых сигналов длиной 10мс. Дополнительно существует задержка длиной 5мс (look-ahead buffer), что в сумме выливается в алгоритмическую задержку 15мс. Задержки речевого сигнала в практическом приложении этого алгоритма также определяются временем, затрачиваемым на:

· процессы кодирования и декодирования;

· передачу по каналу;

· мультиплексирование при комбинировании аудиоданных с другими видами данных.

Возможность передачи голосовых сообщений через сеть с пакетной коммутацией впервые была реализована в 1993 году. Данная технология получила название VoIP (Voice over IP). Одним из частных приложений данной технологии является IP-телефония — услуга по передаче телефонных разговоров абонентов по протоколу IP. Основными преимуществами технологии VoIP является сокращение требуемой полосы пропускания, что обеспечивается учётом статистических характеристик речевого трафика:

· блокировкой передачи пауз (диалоговых, слоговых, смысловых и др.), которые могут составлять до 40-50 % времени занятия канала передачи;

· высокой избыточностью речевого сигнала и его сжатием (без потери качества при восстановлении) до уровня 20-40 % исходного сигнала.

Трафик VoIP критичен к задержкам пакетов в сети, но обладает толерантностью (устойчивостью) к потерям отдельных пакетов. Так, потеря до 5 % пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи. При передаче телефонного трафика по технологии VoIP должны учитываться жёсткие требования стандарта ISO 9000 к качеству услуг, характеризующие:

· качество установления соединения, определяемое в основном быстротой установления соединения;

· качество соединения, показателем которого являются сквозные (воспринимаемые пользователем) задержки и качество воспринимаемой речи.

Уровень QoS качества передачи речи можно соотнести с одним из четырёх классов: таблица 2.

В результате для обеспечения требований QoS при передаче телефонного трафика по технологии VoIP (особенно в условиях ограниченной пропускной способности сети, характерной для сетей специальной связи) необходимо использовать ряд дополнительных механизмов, не существующих в классических IP-сетях. К этим механизмам относятся:

· использование специфических вокодеров;

· уменьшение задержек при передаче пакетов по сети;

· использование специализированных декодеров, устойчивых к потерям пакетов.

Таблица 2