Таблица 1.Основные характеристики наиболее известных типов вокодеров

Важной характеристикой любого вокодера является качество воспроизводимой речи. Для того, чтобы оценить это качество, было введено понятие средней субъективной оценки (MOS - mean opinion score) или психологической реакции человека на воспроизводимую речь. Оценка по шкале MOS определяется путем обработки оценок, даваемых группами слушателей. В табл. 2 приведены оценки MOS для различных методов кодирования.

Таблица 2. Показатели MOS основных алгоритмов кодирования речи

Наиболее предпочтительным среди приведенных методов кодирования с точки зрения соотношения качество речи / скорость потока является алгоритм G.723.1(ACELP).

Защита информации

Если проблемы ограничения задержки, подавления эха и защиты информации от несанкционированного доступа в традиционной телефонии существовали всегда, то при переходе к IP-сетям лишь усугубились. Проблема потери пакетов существенно осложняет задачу применения криптографических методов защиты в IP телефонии. Таким образом, потеря даже одного пакета приводит к нечитаемости всего сообщения. Если в традиционной компьютерной IP сети существует стандартная процедура запроса потерянного пакета, то в IP телефонии она не применима, так как из-за повторных запросов возникает дополнительная задержка на непредсказуемый интервал времени.

В данном разделе рассмотрен возможный путь решения проблемы использования криптографических методов защиты информации для сетей IP телефонии.

Сжатый по алгоритму ACELP речевой сигнал должен упаковываться в IP пакеты. Но поскольку нельзя шифровать IP пакеты (происходит потеря служебной информации)

шифратор должен находиться на выходе вокодера, то есть шифровать сообщение до упаковки в IP пакеты. Для решения проблемы нечитаемости всего сообщения в случае потери пакетов предлагается добавлять служебную информацию о номере пакета на стадии шифрования (уже при 5 битах дополнительного заголовка потеря 31 пакета последовательно, не влияет на читаемость сообщения), тем самым при расшифровке дешифратор всегда будет знать, какую часть ключа ему применять к данному пакету. Для проверки данного предположения выбран алгоритм DES [7].

Входной блок данных делится пополам на левую L и правую R части. После этого формируется выходной массив так, что его левая часть представлена правой частью R входного, а правая R формируется как сумма L и R операцией XOR. Далее выходной массив шифруется перестановкой с заменой. Все проведенные операции могут быть обращены, и расшифровывание осуществляется за число операций, линейно зависящее от размера блока. После нескольких таких " взбиваний " можно считать, что каждый бит выходного блока шифровки может зависеть от каждого бита сообщения. Свое развитие DES получил в ГОСТ 28147-89 [8], который увеличил длину ключа до 256 бит и допустил произвольные перестановки.

Цифровые процессоры обработки сигналов (DSP)

Узкополосному кодированию речевых сигналов дорогу на рынок коммерческих приложений открыло развитие микроэлектроники и, в частности, появление дешевых процессоров цифровой обработки сигналов (DSP - Digital Signal Processor) в интегральном исполнении. Процессоры DSP имеют архитектуру, оптимизированную для выполнения операций, которые характерны для типичных алгоритмов обработки сигналов. В качестве примеров таких операций можно назвать умножение с накоплением, а также выборку операндов с бит-инверсной адресацией, необходимую для выполнения быстрого преобразования Фурье.

Архитектура процессоров DSP [9] характеризуется наличием нескольких вычислительных блоков, обеспечивающих выполнение одновременных операций в одном такте работы процессора. Для загрузки вычислительных блоков данными предусматривается несколько шин передачи данных и многопортовая память данных. Для увеличения производительности память инструкций и память данных разделены, а доступ к ним осуществляется по раздельным шинам. Для процессоров DSP характерно использование инструкций увеличенной длины, содержащих поля для управления всеми вычислительными блоками.

Физически процессоры DSP выполняются в виде интегральных микросхем, содержащих в одном кристалле ядро процессора, память и периферийные устройства для обмена информацией. Наличие встроенной памяти обеспечивает быстрый доступ ядра к ее содержимому для получения максимальной производительности.

Существует множество модификацией процессоров DSP, различающихся производительностью, объемом памяти, потребляемой мощностью. В оборудовании IP-телефонии используются дешевые процессоры со средней производительностью и малой потребляемой мощностью, ориентированные на реализацию малого числа (единицы) каналов обработки речевой информации и применяемые, в основном, в составе терминальных устройств, или мощные высокопроизводительные процессоры, ориентированные на многоканальные (десятки каналов) приложения и используемые в составе таких групповых устройств как многоканальные шлюзы IP-телефонии, подключаемые к ТфОП по цифровым трактам Е1. Одними из самых известных производителей DSP являются фирмы Motorola (www.motorola.com), Texas Instruments (www.ti.com), Analog Devices (www.analog.com).

Cистема Code Composer Studio разработана специально для использования совместно с DSP фирмы Texas Instrument. Объединяет в себе возможности редактора, отладчика, компоновщика и компилятора. Позволяет в масштабе реального времени проводить анализ данных и осуществлять их просмотр визуально(например, график загрузки ЦПУ). В этой

среде смоделирован речевой кодек со встроенной системой защиты информации от несанкционированного доступа в сетях беспроводной IP телефонии. Для реализации из семейства процессоров TMS320C6000 был выбран процессор TMS320C6201-200 с временем такта 5ns и с памятью данных/программ 512 К/512К, с интерфейсом синхронизации памяти 32 бита. Этот процессор характеризует невысокая стоимость(около 100$) и необходимое быстродействие для выполнения поставленной задачи.

В ходе тестирования модели данного кодека было установлено, что потеря пакетов не

влияет на читаемость информации. Данный кодек обеспечивает приемлемое время задержки, качества речи и защиту передаваемой информации в сетях беспроводной IP телефонии. Процессор подобран оптимально, что подтверждает график загрузки ЦПУ (рисунок 1).

Список литературы

1.Гольдштейн B.C., Пинчук А.В., СуховицкийА.Л., IP-Телефония. — М.: Радио и связь,

2001.

2.ERO finalizes a study on WLL solutions for CEPT, Local Loop Report, N5, 2003.

3.Д. Г. Мирошников. Современные решения беспроводного доступа. «Электросвязь», №4, 1998.

4.Г. Эрикссон, Б. Олин, К. Сванбро, Д. Турина.Оптимизация решений для беспроводной IP-телефонии. «Сети и системы связи» №10, 2000.

5.Иванова Н.Ю., Лысенков С.А., Солодов А.Г.. Реализация алгоритмов кодирования речевого сигнала на DSP. 5 МНТК, СамГТУ, Самара, 2004.

6.«Кодек со встроенной системой защиты информации от несанкционированного доступа для сетей IP телефонии", электронный журнал «Исследовано в России», 177, стр. 1895-1899, 2004 г. http://zhurnal.ape.relarn.ru/arcticles/2004/177.pdf

7.Иванова Н.Ю., Лысенков С.А., Солодов А.Г. Реализация стандарта DES на DSP.

8.ГОСТ 28147-89. М.: Издательство стандартов, 1989. Texas Instrument, Inc. "TMS320C6000 Programmers Guide"

Рисунок 1. График загрузки ЦПУ