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研究生: 范綱政
Kang-Cheng Fan
論文名稱: 動態調整網路電話語音品質整合系統之開發與研製
Development and Implementation of an Integrated System for Dynamically Adjusting VoIP Voice Quality
指導教授: 郭中豐
Chung-feng Jeffrey Kuo
口試委員: 黃昌群
Chang-chiun Huang
江茂雄
Mao-hsiung Chiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 119
中文關鍵詞: VoIPPESQE-Model倒傳遞類神經網路田口品質工程虛擬儀器程式PJSUA
外文關鍵詞: VoIP, PESQ, E-Model, Back-Propagation Neural Network, Taguchi experiment method, LabWindows/CVI, PJSUA.
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  • 網路電話的語音品質的問題是自網路電話開始發展之後就一直被提出來研究的課題,然而現今的分散式網路架構基於頻寬共享的特性,只有提供“盡力而為“的網路服務,對於資料延遲較敏感應用程式,如網路電話,其語音品質會受封包延遲、遺失、抖動等網路損傷因子所影響。本論文研究目的在於研究並發展出可以動態調整網路電話語音品質之整合系統。首先,整合主動式(PESQ)與被動式(E-Model)的語音量測方式,可以即時監控網路語音品質的變化。然後,利用田口實驗設計法做參數設計,選擇靜音偵測(VAD)、不同的聲音檔、語音編碼器、封包延遲時間、封包遺失率、封包重複率、回音消除緩衝區(EC-Tail)、封包編碼長度(ptime)作為實驗的控制因子;實驗中,語音品質以望大特性作為目標特性,並選用 直交表進行實驗,用變異數分析(ANOVA)找出顯著因子及百分比貢獻度,再以確認實驗來驗證實驗的再現性。另外將影響語音品質的顯著因子結合倒傳遞類神經網路來建構語音品質預測功能,並利用田口實驗設計法找出類神經網路的最佳學習參數,最後將類神經網路的預測功能整合至網路電話軟體PJSUA,依據網路環境來預測語音品質,然後透過語音編解碼器的速率控制來進行動態調整語音品質。


    The voice quality issue of Voice over Internet Protocol(VoIP) has been studied since the development of VoIP. However, the distributive network structure is based on bandwidth sharing, thus, can only provide network service to its limit. To programs sensitive to data delay, such as Internet Protocol Phone(IP Phone), the voice quality would be affected by packet delay, loss, vibration, and other damaging factors. The purpose of this study is to development and implementation of an integrated system for dynamically adjusting VoIP voice quality. First, active Perceptusl Evaluation of Speech Quality(PESQ) and passive E-Model voice measuring methods are integrated to monitor the network voice quality in real-time. Then Taguchi method is used for parameter design, and Voice Active Dection(VAD), different voice files, voice encoders, packet delay time, packet loss rate, packet repeat rate, Echo Canneller tail(EC-tail), and PTime are selected as controlled factors in the experiment. In the experiment, the target characteristic of voice quality is the larger the better, and orthogonal array is used for experiment. Then, Analysis of Variance(ANOVA) is used to find significant factors and percentage contributions, then confirmation experiment is conducted to verify the reproducibility. The significant factors that affect voice quality are combined with backpropagation neural network to construct the voice quality predicting function. Taguchi method is used to find the optimal learning parameters for the neural network. Last but not least, the predicting function of the neural network is integrated into to the IP phone software PJSUA, in order to predict the voice quality based on the network environment. Then, voice encoder rate is controlled to dynamically adjust the voice quality.

    目錄 中文摘要 I Abstract III 誌謝 V 目錄 VI 圖目錄 VIII 表目錄 XI 第1章 緒論 1 1.1. 研究動機與目的 1 1.2. 文獻回顧 4 1.3. 研究大綱 7 第2章 網路電話原理介紹 10 2.1. 傳統電信網路與網路電話 10 2.2. 網路電話架構 14 2.3. 網路電話語音編解碼器分類 18 2.4. 網路電話通訊協定 20 2.4.1. H.323通訊協定 21 2.4.2. 媒體閘道器控制通訊協定(MGCP)通訊協定 22 2.4.3. 會議邀請協定(SIP)通訊協定 24 2.4.4. 會議邀請協定(SIP)通話建立流程 26 2.4.5. 網路電話的服務品質(QoS) 29 第3章 語音品質的量測 32 3.1. 語音感知量測模型 34 3.2. 平均意見得分(MOS) 36 3.3. 語音品質感知評估模型(PESQ) 37 3.4. E模型(E-Model) 38 3.4.1. E模型(E-Model)的演變過程 38 3.4.2. E模型(E-Model)方程式推導 39 3.4.3. E模型(E-Model)與平均意見得分(MOS)對應關係 40 3.5. 語音品質測試系統 41 3.5.1. 語音品質測試系統(VQT) 42 3.5.2. 網路電話閘道器 42 3.5.3. 測試環境 43 3.5.4. 相關測試結果 45 3.6. PESQ結合E-Model的語音量測模型 46 第4章 田口式實驗設計分析 48 4.1. 田口品質工程 48 4.2. 直交表 50 4.3. 品質損失函數 53 4.4. 品質特性 54 4.5. 田口式品質工程產品設計 56 4.6. 變異數分析(ANOVA) 57 4.7. 確認實驗 59 4.8. 田口法設計規劃步驟 60 第5章 類神經網路 62 5.1. 動態測量語音品質 63 5.2. 類神經網路 65 5.3. 倒傳遞類神經網路 72 5.4. 倒傳遞學習演算法 74 第6章 實驗結果與討論 77 6.1. PJSUA 78 6.2. P.862 PESQ 83 6.3. 網路模擬器NISTNET 85 6.4. LabWindows/CVI 建構語音品質測試平台 87 6.5. 語音品質與田口實驗參數設計法 91 6.6. 田口法與倒傳遞類神經網路 98 6.7. 類神經網路與PJSUA 110 第7章 結論 113 參考文獻 116 圖目錄 圖1-1論文大綱 9 圖2-1 傳統電話網路(PSTN)信令系統 11 圖2-2傳統電信網路(PSTN)通話建立流程 12 圖2-3 網路電話使用環境 13 圖2-4 網路電話傳送端與接收端 17 圖2-5取樣,量化與編碼 17 圖2-6對數尺標與線性尺標 17 圖2-7 H.323組成元件 22 圖2-8 媒體閘道器控制通訊協定(MGCP)組成元件 24 圖2-9 會議邀請協定(SIP)組成元件 26 圖2-10 會議邀請協定(SIP)通話建立流程 28 圖3-1主動式語音量測架構 35 圖3-2 被動式語音量測架構 36 圖3-3 平均意見得分 37 圖3-4 PESQ架構圖 38 圖3-5 MOS與R-Factor對應圖 40 圖3-6 R-Factor與MOS對應曲線 41 圖3-7 語音品質測試系統(VQT)測試架構 43 圖3-8 PESQ測試波形 45 圖3-9 PSQM測試波形 45 圖3-10 動態測量語音品質架構圖 47 圖4-1直交表符號說明 50 圖4-2 品質損失函數 54 圖4-3 望小特性與望大特性 55 圖5-1語音品質與類神經網路 63 圖5-2類神經網路與動態測量語音品質 64 圖5-3類神經網路的輸入參數 65 圖5-4生物神經元與人工神經元 71 圖5-5前饋式網路與回饋式網路 71 圖5-6倒傳遞類神經網路架構 73 圖6-1語音品質實驗環境 78 圖6-2 PJSUA模組化架構 81 圖6-3 PJSUA命令列模式 81 圖6-4 PJSUA RTCP網路品質報告 82 圖6-5 ITU P.862 PESQ 執行畫面 83 圖6-6 CoolEditor 執行畫面 84 圖6-7 ITU P.862 PESQ MOS得分 85 圖6-8 網路模擬器(封包延遲=100ms) 86 圖6-9網路模擬器使用者介面 86 圖6-10 LabWindows/CVI 伺服端(TCP Server) 89 圖6-11 LabWindows/CVI 客戶端(TCP Client) 89 圖6-12語音編解碼器與封包遺失率 90 圖6-13語音品質SN比回應圖 95 圖6-14類神經網路與動態測量語音品質 100 圖6-15正規化的輸入/輸出參數範圍 101 圖6-16 LabWindows/CVI執行畫面 103 圖6-17語音品質倒傳遞之回應圖 106 圖6-18 倒傳遞網路架構圖 107 圖6-19 語音品質倒傳遞加權值與偏權值矩陣 107 圖6-20 最佳學習參數之收斂曲線 108 圖6-21 PJSUA RTCP報告與類神經預測功能 111 圖6-22 SPEEX語音編解碼器 112 圖6-23 動態調整語音品質之流程圖 112 表目錄 表2-1語音編解碼器比較表 20 表2-2 H.323、MGCP和SIP特性比較表 28 表4-1 直交表 52 表4-2 直交表 52 表6-1 PJSUA主要功能 82 表6-2控制因子及水準值 91 表6-3控制因子水準配置 92 表6-4語音品質參數設計之實驗結果 93 表6-5語音品質SN比回應表 94 表6-6語音品質之變異數分析表 95 表6-7語音品質確認實驗表 97 表6-8輸入參數正規化範圍值 101 表6-9 輸出參數正規化範圍值 101 表6-10倒傳遞網路學習參數及其水準值 104 表6-11倒傳遞網路學習參數配置表 104 表6-12倒傳遞RMSE實驗值結果 105 表6-13主效果分析 105 表6-14語音品質倒傳遞目標值與預測值之比較 109

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    無法下載圖示 全文公開日期 2010/08/02 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 2010/08/02 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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