語音數據幀的接收方法及終端、無線分組網網關和系統的製作方法
2023-10-20 12:33:57 1
專利名稱：語音數據幀的接收方法及終端、無線分組網網關和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及通訊技術領域，具體涉及基於網絡承載的語音流(VOIPVoiceOver Internet Protocol)技術中語音數據幀的接收方法以及相應的終端、無線分組網網關和語音通訊系統。
背景技術：
VOIP是指將聲音訊號經過一定格式的壓縮與封裝之後，以數據包的形式在IP網絡環境中進行傳輸，也稱網絡電話。隨著通信技術的發展，尤其是網際協議多媒體子系統(IMSInternet Protocol Multimedia Subsystem)技術的引入，使得VOIP成為未來網絡的發展方向。
在行動網路中VOIP的實現包括如下過程終端(UEUser Equipment)通過IMS域完成呼叫建立請求，IMS域通知無線分組網絡為呼叫建立相應承載連接，承載建立後，主、被叫UE間的語音即通過無線分組網絡進行基於IP的傳遞。
在語音通訊的過程中時延抖動是影響語音質量的關鍵因素之一，1ms以上的時延抖動就會帶來明顯的語音質量下降。在傳統的語音網絡中，語音直接承載在傳輸網絡上，可以保證發送側UE每20ms發送的語音數據幀被接收側UE也按20ms的間隔準確接收，如圖1所示。在無線分組網承載下，採用VOIP技術傳輸的語音數據幀需要穿過由無線接入網(RANRadio Access Network)和無線分組網網關(GWGateWay)等組成的無線分組網，以及存在於發送側無線分組網絡與接收側無線分組網絡之間的IP骨幹網，如圖2所示，在這些網絡中的傳輸一般將導致0ms～50ms的時延抖動，使得VOIP網絡的語音質量不穩定，部分時候甚至會出現語音質量急劇下降而導致用戶無法正常通話的情形。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠抑制時延抖動，提高VOIP語音通訊質量的語音數據幀的接收方法以及相應的終端、無線分組網網關和語音通訊系統。
為達到本發明的目的，所採取的技術方案是一種語音數據幀的接收方法，包括啟動控制語音數據幀接收隊列的令牌桶；令牌桶以設定的時間間隔下發令牌；接收隊列獲得令牌後，取出一個語音數據幀進行後續的接收處理操作。
優選的是，在接收隊列收到第一個語音數據幀時啟動令牌桶。
優選的是，令牌桶在啟動後二分之一令牌間隔時下發第一個令牌，以後每隔一個令牌間隔下發一次令牌，令牌間隔可選為10～50毫秒。
若令牌下發時接收隊列為空，則令牌可推遲二分之一設定的時間間隔下發；進一步的，所述推遲的總次數不超過設定的間隔推遲次數；所述接收隊列中的語音數據幀個數超過設定隊列長度時，可丟棄新接收的語音數據幀；所述間隔推遲次數可選為3～7次，所述隊列長度為所述間隔推遲次數的兩倍。
本發明還提供以下裝置和系統一種終端，包括接收模塊、語音轉換模塊和令牌桶控制模塊，所述接收模塊接收網絡側發送的語音數據幀，並在收到所述令牌桶控制模塊下發的令牌後依次將一個語音數據幀發送給所述語音轉換模塊；所述令牌桶控制模塊以設定的時間間隔向所述接收模塊下發令牌；所述語音轉換模塊對收到的語音數據幀進行解析和語音轉換。
一種無線分組網網關，包括網絡連接模塊、無線接入網連接模塊和令牌桶控制模塊，所述網絡連接模塊接收經網際網路傳送的語音數據幀，並在收到所述令牌桶控制模塊下發的令牌後依次將一個語音數據幀發送給所述無線接入網連接模塊；所述令牌桶控制模塊以設定的時間間隔向所述網絡連接模塊下發令牌；所述無線接入網連接模塊將收到的語音數據幀發送到無線接入網中。
一種語音通訊系統，包括無線分組網網關、無線接入網、終端和令牌桶控制模塊；所述無線分組網網關接收語音數據幀，將語音數據幀發送給所述無線接入網；所述無線接入網從所述無線分組網網關接收語音數據幀，轉發給所述終端；所述終端從所述無線接入網接收語音數據幀，對收到的語音數據幀進行解析和語音轉換；所述令牌桶控制模塊對已接收的語音數據幀進行控制，以設定的時間間隔下發令牌，所述已接收的語音數據幀在獲得令牌後依次進入後續的接收處理。
所述令牌桶控制模塊可對所述無線分組網網關已接收的語音數據幀進行控制，所述無線分組網網關將獲得令牌的語音數據幀依次發送給所述無線接入網。
所述令牌桶控制模塊也可對所述無線接入網已接收的語音數據幀進行控制，所述無線接入網將獲得令牌的語音數據幀依次轉發給所述終端。
所述令牌桶控制模塊還可對所述終端已接收的語音數據幀進行控制，所述終端對獲得令牌的語音數據幀依次進行解析和語音轉換。
採用上述技術方案，本發明有益的技術效果在於1)本發明採用令牌桶定時下發令牌來控制語音數據幀的接收時間間隔的方法，有效抑制傳輸過程中帶來的時延抖動，保證了VOIP語音數據幀在移動分組網內的傳輸質量，提高VOIP語音通訊質量。
2)採用本發明結合實際應用場景提供的關於間隔時間設置以及具體控制策略等的優選方案，能夠獲得抑制抖動的效果與附加時延之間的最佳平衡，使得本發明方案在實際應用中達到最優。
下面通過具體實施方式
並結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是傳統語音網絡語音數據幀發送接收間隔示意圖；圖2是現有VOIP網絡語音數據幀發送接收間隔示意圖；圖3是本發明實施例一語音數據幀的接收方法流程示意圖；圖4是本發明方法應用於GW的信令流程示意圖；圖5是本發明實施例二語音數據幀的接收方法流程示意圖；圖6是本發明實施例三終端模塊結構示意圖；圖7是本發明實施例四無線分組網網關模塊結構示意圖；圖8是本發明實施例五語音通訊系統模塊結構示意圖；圖9是本發明實施例六語音通訊系統模塊結構示意圖；圖10是本發明實施例七語音通訊系統模塊結構示意圖。
具體實施例方式
本發明提供了一種語音數據幀的接收方法，其核心思想是，採用令牌桶定時下發令牌來控制語音數據幀的接收時間間隔，本發明方案對於象無線分組網承載的VOIP這樣具有較大時延抖動的情況，能夠有效的抑制抖動，改善語音通訊質量。本發明控制方案可以在終端的接收操作中進行，也可以在無線接入網或無線分組網網關的接收操作中進行。本發明還提供適用於上述控制方案的終端及無線分組網網關、終端和系統。以下分別對本發明方法和設備進行詳細說明。
實施例一、一種語音數據幀的接收方法，流程如圖3所示，包括A1、啟動控制語音數據幀接收隊列的令牌桶；令牌桶的啟動條件可依實際情況進行設置，可以在有語音數據接收時啟動令牌桶，也可以在檢測到所接收語音數據幀之間的時間間隔不穩定、與發送時間間隔出現偏差等情況，即出現時延抖動時啟動令牌桶；A2、令牌桶以設定的時間間隔下發令牌；本文中將相鄰兩個令牌下發之間的時間間隔稱為一個令牌間隔，為保證接收側與發送側語音速率的一致性，令牌間隔一般取與發送側的發送時間間隔一致，為10～50毫秒，通常為20ms；當然，若接收隊列為空，令牌下發的設定時間可在令牌間隔的基礎上進行相應的推遲，可以以令牌間隔為參照設置每次推遲的時間長度，例如，為令牌間隔的一半或四分之一；A3、接收隊列獲得令牌後，取出一個語音數據幀進行後續的接收處理操作；在出現時延抖動的情況下，接收隊列中的語音數據幀之間的時間間隔與標準的發送時間間隔相比，會出現兩種情況的變化抖動導致的間隔縮小與抖動導致的間隔增大。對於前者，通過按發送時間間隔下發的令牌，即可將縮小的間隔調整回標準的間隔；對於後者，若令牌按令牌間隔下發時，數據幀仍未準備好，則當次令牌的下發會被推遲，假設設定的推遲間隔為二分之一令牌間隔，在一次推遲的時間內，數據幀被接收，隨後令牌成功下發，這樣後續的令牌下發時間也會相應順延二分之一令牌間隔，因此若後續語音數據幀的時延抖動範圍在二分之一令牌間隔內，則其時延抖動不再會對接收數據幀的時間間隔產生影響，本次令牌下發推遲的時間就成為當前令牌桶對時延抖動的抑制範圍。但相應的，推遲的時間也就成為接收數據幀的附加時延。
顯然，在每次間隔推遲之後，令牌桶對時延抖動的抑制範圍都會擴大，但是相應的附加時延也會增加。雖然大的抖動抑制範圍能夠充分的保障接收語音數據幀按照標準時間間隔被調整，但過多的附加時延也會導致發送側與接收側語音通訊出現同步上的偏差，這對於實時性要求很高的語音業務來說是不利的，因此，為了避免附加時延對收發同步性的影響，可以為間隔推遲的次數設置一個限制，超過該限制即不再進行推遲，可對令牌桶進行重置，重新開始上述啟動及控制過程。
對於從接收隊列中取出的語音數據幀的具體後續操作，可依本發明方案具體被設置於通訊網絡中的位置來確定，一般而言，有如下三種情況一、設置於UE。應用本發明方案對UE接收到的語音數據幀進行抖動抑制控制，從接收隊列中取出的語音數據幀被送到UE上層進行解析及語音轉換等操作。由於UE是所接收語音數據幀的傳輸終點，因此在UE上進行抖動抑制控制能夠達到最好的改善通訊質量的效果；二、設置於無線分組網網關。應用本發明方案對GW接收到的由IP骨幹網傳輸來的語音數據幀進行抖動抑制控制，從接收隊列中取出的語音數據幀被GW轉發給RAN，並由RAN最終發送給UE。GW上可能同時有多個用戶的語音連接，因此語音數據幀隊列和令牌桶需要以VOIP的IP流為單位設置。由於VOIP中產生的時延抖動絕大多數都是因為在IP網絡中的傳輸造成的，因此，對從IP骨幹網出來的數據幀進行抖動控制能夠對最終的語音接收質量起到實質性的改善。並且，由於抖動控制操作設置在網絡側，可避免進行終端升級及保持一致性的困難，使本發明方案更易於在現網中使用；當然，設置於GW的抖動抑制控制也可以對由UE發送來的準備進入IP骨幹網傳輸的語音數據幀進行，以減小對端GW收到的數據幀的抖動，是否需要對通過GW的數據幀進行雙向抖動抑制控制可根據通訊網絡的整體情況確定；三、設置於無線接入網。RAN由無線網絡控制器(RNCRadio NetworkController)和基站(Node B)構成，可選擇將抖動控制設置在RNC或Node B上進行。控制操作設置在RAN上與設置在GW上類似，區別在於，當控制操作設置在GW上時，VOIP承載通道的啟動由IMS域完成；當控制操作設置在RAN上時，VOIP承載通道的啟動由無線分組網的核心網部分完成。
以下，以抖動控制設置在GW上為例，說明本發明方案的一種應用。應用本發明方案的VOIP一個發送、接收過程的信令流程如圖4所示，圖4中UE1、RAN1、GW1為主叫方終端、無線接入網及網關，UE2、RAN2、GW2為被叫方終端、無線接入網及網關。為清楚起見，圖4中以主叫UE作為發送方UE，被叫UE作為接收方UE；圖4中的信令流程為a1、UE1發送呼叫請求消息給IMS域設備；a2、IMS轉發呼叫請求消息到UE2；a3、IMS發送承載建立請求消息到GW1，該消息中包含需要被建立的呼叫承載的IP 5元組信息，即，UE1的IP位址/埠號、UE2的IP位址/埠號、協議類型；a4、IMS發送承載建立請求消息到GW2，該消息中包含IP 5元組；a5、GW1根據IP 5元組建立IP流上下文，啟動抑制抖動令牌桶；a6、GW2根據IP 5元組建立IP流上下文，啟動抑制抖動令牌桶；a7、UE1採樣形成語音數據幀；a8、UE1將語音數據幀通過RAN1發送給GW1；a9、GW1進行抖動抑制控制；a10、GW1將抖動抑制控制後的數據包通過IP承載網將發送給GW2；a11、GW2進行抖動抑制控制；a12、GW2將抖動抑制控制後的語音數據幀通過RAN2發送給UE2。
在上述應用例中，GW對發送到IP網絡側與發送到RAN側的語音數據幀都進行了抖動抑制控制。
實施例二、一種語音數據幀的接收方法，流程如圖5所示，包括B1、在接收隊列收到第一個語音數據幀時啟動令牌桶；本例採用以第一個語音數據幀的到達作為令牌桶啟動的條件；B2、在令牌桶啟動後二分之一令牌間隔時下發第一個令牌；與實施例一中由令牌推遲下發自然產生的附加時延不同，本例中在令牌桶啟動後即自動設置一個附加時延，當然，這也就是當前令牌桶的時延抖動抑制範圍，當令牌間隔為20ms時，這個抑制範圍設置在5～25ms之間都是適當的，考慮到傳輸網絡的一般抖動情況以及附加時延對語音實時性的影響，本例設置為二分之一令牌間隔，即10ms；B3、在下發第一個令牌後，每隔一個令牌間隔下發一次令牌，若接收隊列為空，則推遲下發，具體步驟包括B31、在到達令牌下發時刻時，判斷接收隊列是否為空，若是則執行B32，若否則執行B35；B32、判斷推遲下發的總次數是否超過5次，若是則執行B33，若否則執行B34；B33、重置令牌桶，等待新語音數據幀的接收。
B34、令牌推遲二分之一令牌間隔下發；基於實施例一中對附加時延的描述可知，每次間隔推遲之後，令牌桶的抖動抑制範圍即附加時延都會加上相應的推遲時間，因此最好對附加時延的上限進行限制，一般而言，當語音收發的時延超過100ms時，通話雙方就會感覺到比較明顯的不同步，因此，間隔推遲次數在3～7次之間較為適宜，本例中將推遲下發的總次數限制為5次，這樣加上第一次下發令牌的10ms附加時延，總附加時延不超過60ms，可以在保證抖動抑制效果的同時儘量不影響通話的實時性；B35、下發令牌；B4、接收隊列獲得令牌後，取出一個語音數據幀進行後續的接收處理操作；在本實施例中，為進一步保證抖動抑制控制不會對語音通訊的實時性產生不利影響，對接收隊列還採用以下控制機制當接收隊列中的語音數據幀個數超過設定隊列長度時，丟棄新接收的語音數據幀。通常可將隊列長度設置為間隔推遲次數的兩倍，本例中設置為10。如果接收隊列過長，超過10個數據幀時，則將新接收到數據幀丟棄。
採用上述策略是為了能夠對當前令牌桶的附加時延進行靈活控制，因為本例中是以第一個語音數據幀的接收作為抖動抑制的參照點，但實際上，有可能第一個數據幀本身就具有較大的延遲，這樣當傳輸網絡的延遲恢復正常後，會導致後續數據幀的堆積，影響通訊的實時性；此外，令牌下發的多次推遲也可能導致附加時延過長，產生後續數據幀的堆積。採用上述隊列超長時的幀丟棄策略，可以在附加時延過長時，通過丟棄數據幀及時進行調整，使得過大的附加時延得以減少，從而保證語音通訊的質量。
實施例三、一種終端，如圖6所示，包括接收模塊1、語音轉換模塊2、令牌桶控制模塊3；接收模塊1接收網絡側發送的語音數據幀，並在收到令牌桶控制模塊3下發的令牌後依次將一個語音數據幀發送給語音轉換模塊2；令牌桶控制模塊3以設定的時間間隔向接收模塊1下發令牌；語音轉換模塊2對收到的語音數據幀進行解析和語音轉換。
本實施例中所提供的終端可適用實施例一或二提供的抖動抑制控制策略對所接收的語音數據幀進行控制。
實施例四、一種無線分組網網關，如圖7所示，包括網絡連接模塊4、無線接入網連接模塊5，令牌桶控制模塊6；網絡連接模塊4接收經IP網絡傳送的語音數據幀，並在收到令牌桶控制模塊6下發的令牌後依次將一個語音數據幀發送給無線接入網連接模塊5；令牌桶控制模塊6以設定的時間間隔向網絡連接模塊4下發令牌；無線接入網連接模塊5將收到的語音數據幀發送到無線接入網中。
本實施例中所提供的無線分組網網關同樣可適用實施例一或二提供的抖動抑制控制策略對所接收的語音數據幀進行控制。
當然，令牌桶控制模塊6也可以對由無線接入網連接模塊5進入網絡連接模塊4的語音數據幀進行抖動抑制控制，如圖7中虛線箭頭所示，即，對通過GW的數據幀雙向都進行防抖控制，具體執行方式都是相同的，只是數據的流向不同，在此不再贅述。
下面對應用本發明方法的幾種系統架構進行詳細說明。
實施例五、一種語音通訊系統，如圖8所示，包括無線分組網網關7、無線接入網8、終端9、令牌桶控制模塊10；
無線分組網網關7接收經IP網絡傳送的語音數據幀，在收到令牌桶控制模塊10下發的令牌後將獲得令牌的語音數據幀依次發送給無線接入網8；無線接入網8從無線分組網網關7接收語音數據幀，轉發給終端9；終端9從無線接入網8接收語音數據幀，對收到的語音數據幀進行解析和語音轉換；令牌桶控制模塊10以設定的時間間隔下發令牌給無線分組網網關7已接收的語音數據幀，對無線分組網網關7已接收語音數據幀的後續傳輸進行幀間隔控制。
實施例六、一種語音通訊系統，如圖9所示，包括無線分組網網關11、無線接入網12、終端13、令牌桶控制模塊14；無線分組網網關11接收經IP網絡傳送的語音數據幀，將語音數據幀發送給無線接入網12；無線接入網12從無線分組網網關11接收語音數據幀，在收到令牌桶控制模塊14下發的令牌後將獲得令牌的語音數據幀依次轉發給終端13；終端13從無線接入網12接收語音數據幀，對收到的語音數據幀進行解析和語音轉換；令牌桶控制模塊14以設定的時間間隔下發令牌給無線接入網12已接收的語音數據幀，對無線接入網12已接收語音數據幀的後續傳輸進行幀間隔控制。
實施例七、一種語音通訊系統，如圖10所示，包括無線分組網網關15、無線接入網16、終端17、令牌桶控制模塊18；無線分組網網關15接收經IP網絡傳送的語音數據幀，將語音數據幀發送給無線接入網16；無線接入網16從無線分組網網關15接收語音數據幀，轉發給終端17；終端17從無線接入網16接收語音數據幀，在收到令牌桶控制模塊18下發的令牌後對獲得令牌的語音數據幀進行解析和語音轉換；令牌桶控制模塊18以設定的時間間隔下發令牌給終端17已接收的語音數據幀，對終端17已接收語音數據幀的後續語音解析和轉換進行幀間隔控制。
在上述三個實施例中，給出了幾種採用本發明令牌桶控制語音接收方法的不同系統結構形式。從上述實例可以看出，在IP語音包進入無線接收網絡側直到終端的這一段傳輸過程中，都可以採用令牌桶對語音數據幀的傳輸間隔進行控制和調整，差別只在於具體控制點的不同，可根據實際網絡情況選擇恰當的系統結果來實現。
以上對本發明所提供的語音數據幀的接收方法以及相應的終端、無線分組網網關和語音通訊系統進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種語音數據幀的接收方法，其特徵在於，包括。啟動控制語音數據幀接收隊列的令牌桶；令牌桶以設定的時間間隔下發令牌；接收隊列獲得令牌後，取出一個語音數據幀進行後續的接收處理操作。
2.根據權利要求1所述的語音數據幀的接收方法，其特徵在於在接收隊列收到第一個語音數據幀時啟動令牌桶。
3.根據權利要求1所述的語音數據幀的接收方法，其特徵在於令牌桶在啟動後二分之一令牌間隔時下發第一個令牌，以後每隔一個令牌間隔下發一次令牌。
4.根據權利要求3所述的語音數據幀的接收方法，其特徵在於所述令牌間隔為10～50毫秒。
5.根據權利要求1～4任意一項所述的語音數據幀的接收方法，其特徵在於若令牌下發時接收隊列為空，則令牌推遲二分之一設定的時間間隔下發。
6.根據權利要求5所述的語音數據幀的接收方法，其特徵在於所述推遲的總次數不超過設定的間隔推遲次數。
7.根據權利要求6所述的語音數據幀的接收方法，其特徵在於所述接收隊列中的語音數據幀個數超過設定隊列長度時，丟棄新接收的語音數據幀。
8.根據權利要求7所述的語音數據幀的接收方法，其特徵在於所述間隔推遲次數為3～7次，所述隊列長度為所述間隔推遲次數的兩倍。
9.一種終端，包括接收模塊和語音轉換模塊，其特徵在於還包括令牌桶控制模塊，所述接收模塊接收網絡側發送的語音數據幀，並在收到所述令牌桶控制模塊下發的令牌後依次將一個語音數據幀發送給所述語音轉換模塊；所述令牌桶控制模塊以設定的時間間隔向所述接收模塊下發令牌；所述語音轉換模塊對收到的語音數據幀進行解析和語音轉換。
10.一種無線分組網網關，包括網絡連接模塊、無線接入網連接模塊，其特徵在於還包括令牌桶控制模塊，所述網絡連接模塊接收經網際網路傳送的語音數據幀，並在收到所述令牌桶控制模塊下發的令牌後依次將一個語音數據幀發送給所述無線接入網連接模塊；所述令牌桶控制模塊以設定的時間間隔向所述網絡連接模塊下發令牌；所述無線接入網連接模塊將收到的語音數據幀發送到無線接入網中。
11.一種語音通訊系統，包括無線分組網網關、無線接入網、終端；所述無線分組網網關接收語音數據幀，將語音數據幀發送給所述無線接入網；所述無線接入網從所述無線分組網網關接收語音數據幀，轉發給所述終端；所述終端從所述無線接入網接收語音數據幀，對收到的語音數據幀進行解析和語音轉換；其特徵在於還包括令牌桶控制模塊，所述令牌桶控制模塊對已接收的語音數據幀進行控制，以設定的時間間隔下發令牌，所述已接收的語音數據幀在獲得令牌後依次進入後續的接收處理。
12.根據權利要求11所述的語音通訊系統，其特徵在於所述令牌桶控制模塊對所述無線分組網網關已接收的語音數據幀進行控制，所述無線分組網網關將獲得令牌的語音數據幀依次發送給所述無線接入網。
13.根據權利要求11所述的語音通訊系統，其特徵在於所述令牌桶控制模塊對所述無線接入網已接收的語音數據幀進行控制，所述無線接入網將獲得令牌的語音數據幀依次轉發給所述終端。
14.根據權利要求11所述的語音通訊系統，其特徵在於所述令牌桶控制模塊對所述終端已接收的語音數據幀進行控制，所述終端對獲得令牌的語音數據幀依次進行解析和語音轉換。
全文摘要
本發明公開了一種語音數據幀的接收方法，其核心思想是採用令牌桶定時下發令牌來控制語音數據幀的接收時間間隔。本發明控制方案可以在終端的接收操作中進行，也可以在無線接入網或無線分組網網關的接收操作中進行。本發明還提供適用於上述控制方案的終端、無線分組網網關和語音通訊系統。本發明能夠有效抑制傳輸過程中帶來的時延抖動，保證了VOIP語音數據幀在移動分組網內的傳輸質量，提高VOIP語音通訊質量。
文檔編號H04M11/06GK1889526SQ200610103518
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月19日 優先權日2006年7月19日
發明者蔣銘 申請人:華為技術有限公司