IP 네트워크에서 음성전송을 위한 효율적인 프레임 손실 복구 방안

Abstract

종단간 서비스 품질을 보장하지 못하고 있는 패킷교환망인 인터넷 환경에서 음성을 전송하는 경우, 인터넷의 고유특성에 기인한 통신 품질 저하(degradation of communication quality)를 최소화하고자 하는 다양한 방식의 VoIP 프레임 손실복구방식들이 제안되어 왔다. 그러나 손실복구방식 대부분 추가적인 대역폭의 확장, 음성 복호기 소프트웨어의 수정 또는 지연 등의 단점들을 수반하였다. 따라서 사용자들이 요구하는 수준의 서비스 품질을 만족시킬 수 있는 효율적인 서비스 품질 개선 방안이 VoIP 서비스의 활성화에 중요한 요인이 된다. 이러한 서비스 품질의 개선을 위한 요구조건들을 고려하여 본 논문에서는 수신 단말 기반(receiver-based)의 VoIP 프레임 손실 복구(frame erasure recovery) 방식을 제안하였다. 제안된 이 방식은 손실된 프레임을 복구하기 위하여 복호기 소프트웨어를 수정할 필요가 없으며, 대역폭 증가 현상이 역시 나타나지 않는다. 또한 이 논문에서 제안한 방식은 손실된 프레임의 VQ 코드북(Vector Quantization codebook)의 색인(index)을 사전에 미리 계산된 VCIIT(VQ Index Interpolation Table)을 단순 참조함으로써 구할 수 있기 때문에 손실된 프레임의 색인 추정으로 인한 추가적인 지연이 발생하지 않는다는 장점도 있다. 본 논문에서는 손실된 프레임의 이전, 이후 프레임의 코드북 인덱스로부터 손실된 프레임에 적용할 수 있는 코드북 인덱스 표를 구하는 과정을 제시하였다. 본 논문에서 제안한 프레임 손실복구 방식을 CELP(Code Excited Linear Prediction)계열의 G.723.1 음성 부호화기에 적용하였다. 적용 결과 ITU-T에서 표준으로 제안하고 있는 프레임 손실복구방식을 적용한 것보다 본 논문에서 제안한 손실복구방식을 적용하여 복원한 경우에 뚜렷한 음성품질의 향상을 보임을 객관적인 음성품질 측정도구인 PESQ를 이용하여 확인할 수 있었다. 논문에서 제안한 VCIIT를 이용한 손실복구 방식은 상당히 적은 추가 메모리(G.723.1의 경우 110KB)와 추가 연산량 만을 필요로 하기 때문에 VoIP 단말에 사용되고 CELP 계열의 부호화기에 간단하게 적용 가능할 것이다.; Various frame recovery algorithms have been suggested to overcome communication quality degradation problems due to internet-typical impairments on Voice over IP (VoIP) communications. In this dissertation, I proposed a receiver-based recovery method which is able to enhance the recovered speech quality with almost free computational cost and without increment of delay and bandwidth consumption. Most conventional recovery algorithms are employed to recover the lost or erroneous speech frame by reconstructing the missing coefficients or speech signal during speech decoding process, and thus they eventually need to modify the decoder software. The proposed frame recovery algorithm is used to reconstruct the missing frame itself, and does not require the computational burden of modifying the decoder. In the proposed scheme, the Vector Quantization (VQ) codebook indices of the erased frame are directly estimated by referring the pre-computed VQ codebook index interpolation tables (VCIIT) using the VQ indices from adjacent (previous and next) frames. I applied the proposed scheme to the ITU-T G.723.1 speech coder and found that it improves reconstructed speech quality and outperforms the conventional G.723.1 loss recovery algorithm. Moreover, the suggested simple scheme can be easily applicable to practical VoIP systems because it requires very small amount of additional computational cost and memory space.