KR100640468B1 - 디지털 통신 시스템에서 음성 패킷의 전송과 처리 장치 및방법 - Google Patents

디지털 통신 시스템에서 음성 패킷의 전송과 처리 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 통신 시스템에서 음성 패킷을 전송하고 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 디지털 통신 시스템은, 디지털 통신 네트워크를 통해 상대측 패킷 단말 혹은 PSTN 단말과 통신 가능한 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 상기 네트워크로 바이패스하거나 상기 음성 패킷으로부터 복원된 펄스 코드 변조(PCM) 신호를 상기 네트워크로 전달하고, 상기 네트워크로부터의 음성 패킷을 바이패스하거나 상기 네트워크로부터의 PCM 신호로부터 압축된 음성 패킷을 상기 패킷 단말로 전달하는 스위치 구조 보코더 모듈과, 상기 패킷 단말로 전달할 추가 데이터가 존재하는 경우, 상기 스위치 구조 보코더 모듈로부터 출력된 음성 패킷에 상기 추가 데이터를 삽입하여 상기 패킷 단말로 전송하는 데이터 삽입기와, 상기 스위치 구조 보코더 모듈과 상기 데이터 삽입기를 제어하는 보코더 제어부를 포함하여 구성된다. 이러한 본 발명은, 중복되는 음성 압축 및 복원에 의한 음질 저하를 최소로 하면서 매우 간단한 구조로 음성 패킷에 추가 데이터 또는 메시지를 삽입할 수 있고, 통신 환경이 빈번히 변경되는 상황에서도 우수한 통신 성능을 제공할 수 있다.
Vocoder, Speech coder, speech packet conversion

Description

디지털 통신 시스템에서 음성 패킷의 전송과 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VOICE PACKET TRANSMISSION AND PROCESSING IN DIGITAL COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 전형적인 PSTN 네트워크를 기반으로 하는 음성 패킷의 전송 및 처리 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 종래 기술에 의해 패킷 바이패스를 제공하는 음성 패킷의 전송 및 처리 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 종래 기술에 따라 음성 복원기와 음성 압축기 대신에 패킷 변환기와 바이패스 처리기를 사용하는 음성 패킷의 전송 및 처리 시스템을 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성 패킷의 전송과 처리 시스템을 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 구조 보코더 모듈의 상세 구조를 나타낸 구성도.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모드별 동작을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성 패킷의 전송과 처리 동작을 나타낸 흐름도.
도 8a 및 8b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PCM 기반 인터페이스 동작의 세부 흐름도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패킷 기반 인터페이스 동작의 세부 흐름도.
본 발명은 디지털 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 음성 패킷(speech packet)을 전송하고 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
디지털 음성 통신에서는 정보 전송에 필요한 데이터 양을 줄이기 위하여 음성 부호화기(voice coder), 즉 보코더(vocoder)가 사용된다. 음성 부호화기는 단말과 통신 시스템에 존재하며 음성 압축기(encoder)와 음성 복원기(decoder)의 조합으로 구성된다. 음성 압축기는 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation: 이하 PCM라 칭함) 형태의 입력 음성 신호를 정해진 압축 알고리즘에 따라 매우 적은 크기의 음성 패킷으로 변환한다. 음성 패킷은 통신 시스템을 통하여 목적지로 전송되고, 음성 복원기는 입력된 음성 패킷을 정해진 알고리즘에 따라 PCM 형태의 음성 신호로 복원하여 출력한다. 이와 같은 입력-압축-전송-복원-출력 과정을 통하여 전체 음성 통신이 실행된다. 특정한 통화 환경에서는 데이터 전송 과정에서 압축-복원 과정이 반복될 수 있다.
현재 디지털 이동통신, VoIP(Voice over Internet Protocol) 등의 디지털 통신 시스템에서 사용되는 음성 부호화기에는 여러 종류가 있으며, 서로 다른 음성 부호화기가 생성한 음성 패킷 사이에는 호환이 되지 않는다. 또한, 일부 음성 부호화기는 복수의 전송율들을 가지는 음성 패킷의 생성을 지원하는데, 이를 가변 전송율(variable rate) 음성 부호화기라 하고, 대표적인 가변 전송율 음성 부호화기는 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템에 사용되는 QCELP(Qualcomm Code Excited Linear Prediction)와 EVRC(Enhanced Variable Rate Codec)가 있다. 가변 전송율 음성 부호화기는 입력 음성 신호의 특성 또는 통신 시스템에서 요구하는 전송율에 따라 음성 패킷의 전송율을 선택하여 음성 신호를 압축할 수 있으며, 기준이 되는 음성 패킷의 전송율을 최대 전송율(Full Rate)이라 하고, QCELP와 EVRC는 최대 전송율에 대비하여 1/2, 1/4 또는 1/8 전송율을 가지는 음성 패킷으로 압축할 수 있다.
디지털 통신에 사용되는 단말은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 하나는 내부에 음성 부호화기를 포함하고 통신 시스템과의 사이에 음성 패킷을 송수신하는 것으로서 이를 패킷 단말이라 하고, 대표적으로 디지털 이동 통신에 사용되는 이동 단말이 여기에 해당한다. 나머지 하나는 PSTN(Public Switched Telephone Network)에 직접 연결되어 음성 통신을 수행하는 PSTN 단말로서, 내부에 음성 부호화기를 포함하지 않으며 통신 네트워크와의 사이에 아날로그 형태로 신호를 주고받는다.
디지털 통신 시스템에서 단말의 종류 및 각 음성 부호화기의 위치와 동작에 의하여 음성 패킷의 전송 구조가 결정되고 그에 따라 통신의 성능이 결정된다. 즉, 통신을 위하여 연결된 두 단말의 특성과 통신 환경에 따라 음성 부호화기의 위치와 동작이 적절하게 결정되어야 최상의 성능을 제공할 수 있으며, 이를 결정하는 요소는 단말의 종류, 단말에서 사용하는 음성 부호화기 종류, 패킷 전송율, 추가 데이터 전송 여부, 메시지 전송 여부 등을 포함한다.
일반적인 패킷 단말과 PSTN 단말 사이의 통신에서, 패킷 단말로부터 통신 시스템으로 음성 패킷이 입력되면 음성 복원기는 입력 음성 패킷을 PCM 신호로 변환하여 PSTN 단말로 전달하고, PSTN 단말로부터 시스템으로 PCM 신호가 입력되면 음성 압축기는 입력 신호를 압축하여 음성 패킷을 만들고 이를 패킷 단말로 전송한다. 만일, 통신 시스템이 음성 정보 이외의 제어/시그널링 메시지와 같은 추가 데이터를 음성 정보와 동시에 패킷 단말로 전송할 필요가 있을 경우, 시스템은 가변 전송율 음성 압축기의 성질을 이용하여 음성 패킷의 전송율을 감소시키고 감소된 양만큼의 메시지를 음성 패킷에 삽입하여 패킷 단말로 전송한다. 여기서 추가 데이터를 준비하고 전송율을 조정하는 모듈이 시스템에 존재할 수 있다. 이때, 패킷 단말은 입력 음성 패킷으로부터 음성 정보와 메시지를 구별하여 추출하고, 음성 정보로부터 음성 PCM 신호를 복원한다.
구체적인 예로서, CDMA 방식의 이동 통신에서 무선 채널을 통하여 기지국으로부터 단말로 메시지를 전달할 경우, 기지국에서는 음성 패킷의 전송율을 1/2 전송율로 감소시키고 상기 메시지를 상기 음성 패킷에 삽입하여 이동 단말로 전송한 다. 이와 같은 메시지 전송 방식을 "딤 앤 버스트(Dim and Burst)" 방식이라 한다. 극단적으로 음성 패킷의 전송율은 영(Zero)으로 감소되고 메시지만으로 음성 패킷이 생성될 수 있으며, 이 방식을 "블랭크 앤 버스트(Blank and Burst)" 방식이라 한다. 블랭크 앤 버스트 방식은 메시지 전송 시점에서 음성 정보가 모두 손실되므로, 딤 앤 버스트 방식에 비하여 음성 품질이 저하된다.
또한, 두 패킷 단말 사이의 통신에서, 두 단말이 사용하는 음성 부호화기의 종류가 동일하면 통신 시스템이 최초 입력된 음성 패킷을 그대로 상대편 단말로 전송하여 정상적인 통신이 이루어지게 하는데, 이를 "패킷 바이패스(Packet Bypass)"라 한다. 그러나 만일 두 단말이 다른 종류의 음성 부호화기를 사용하면 서로 호환이 되지 않으므로 통신 시스템은 전송 과정에서 음성 패킷을 적절하게 변환한다. 이미 언급한 바와 같이, 동일한 음성 부호화기를 사용하더라도 음성 패킷에 추가 데이터를 삽입하고자 할 경우, 음성 패킷의 전송율을 감소시켜야 하므로 전송 과정에서 음성 패킷의 변환이 필요하다.
디지털 통신 시스템에서 음성 패킷을 전송하고 처리하는 방법은 각 통화 환경에 따라 결정되며, 종래의 대표적인 방법은 다음과 같다.
도 1은 전형적인 PSTN 네트워크를 기반으로 하는 음성 패킷의 전송 및 처리 시스템을 나타낸 구성도이다. 여기서 제1 음성 부호화기(114, 120)와 제1 패킷 단말(110) 사이의 통신은 음성 패킷 기반으로 이루어지고, 제1 음성 부호화기(114, 120)와 네트워크(100) 사이의 통신은 PCM 기반으로 이루어진다.
도 1을 참조하면, 제1 패킷 단말(110)과 PSTN 단말(102) 사이의 호가 설정되면, 제1 패킷 단말(110)의 입력 음성 신호는 내부의 음성 압축기에 의해 음성 패킷(112)으로 변환되어 제1 음성 복원기(114)로 전송된다. 제1 음성 복원기(114)는 제1 패킷 단말(110)과 동일한 종류의 음성 복원 동작을 통하여 상기 음성 패킷(112)으로부터 음성 PCM 신호(116)를 생성하고, 상기 음성 PCM 신호(116)를 PSTN 기반의 네트워크(100)로 출력한다. 그러면 상기 음성 PCM 신호(116)는 네트워크(100) 내의 PSTN 교환기를 통해 아날로그 신호(104)로 변환되어 최종적으로 PSTN 단말(102)로 전송된다.
또한, PSTN 단말(102)에서 입력된 아날로그 신호(106)는 네트워크(100) 내의 PSTN 교환기에서 PCM 신호(118)로 변환되고, 상기 PCM 신호(118)는 제1 음성 압축기(120)에 의해 제1 패킷 단말(110)과 동일한 종류의 음성 압축 동작으로 음성 패킷(122)으로 변환된다.
만일 추가적인 데이터 삽입이 필요없을 경우, 상기 음성 패킷(122)은 제1 데이터 삽입기(124)를 그대로 통과(bypass)하여 음성 패킷(126)이 되고 상기 음성 패킷(126)은 제1 패킷 단말(110)로 출력된다. 그러나 만일, 제1 패킷 단말(110)로 전송할 추가 데이터 또는 메시지가 존재하는 경우, 제1 음성 압축기(120)는 보다 감소된 전송율에 따라 상기 음성 패킷(122)을 생성하며, 제1 데이터 삽입기(124)는 상기 음성 패킷(122)에 추가 데이터 또는 메시지를 삽입하여 음성 패킷(126)을 생성한 후 제1 패킷 단말(110)로 전송한다. 제1 패킷 단말(110)은 내부의 음성 복원기 동작에 의하여 상기 음성 패킷(122)을 PCM 신호로 변환하여 사용자가 인지 가능한 형태로 최종 출력 한다.
다음으로, 제1 패킷 단말(110)과 제2 패킷 단말(130) 사이의 통신을 할 경우 패킷 전송 및 처리를 설명한다.
제1 패킷 단말(110)에서 생성된 음성 패킷(112)은 제1 음성 복원기(114)에 의하여 PCM 신호(116)로 변환되며, 상기 PCM 신호(116)는 네트워크(100)를 거쳐 PCM 신호(134)로서 제2 음성 압축기(136)로 전송된다. 제2 음성 압축기(136)는 제2 패킷 단말(130)과 동일한 종류의 음성 압축 동작에 의하여 상기 PCM 신호(134)로부터 음성 패킷(138)을 생성하며, 제2 데이터 삽입기(140)는 상기 음성 패킷(138)에 필요한 추가 데이터 혹은 메시지를 삽입하여 최종 출력 패킷(142)을 생성하고, 상기 패킷(142)을 제2 패킷 단말(130)로 전송한다. 제2 패킷 단말(130)로부터 제1 패킷 단말(110) 방향으로의 통신도 동일한 구조로, 제2 음성 복원기(132), 네트워크(100), 제1 음성 압축기(120) 및 제1 데이터 삽입기(124)를 통해 이루어진다.
이상과 같이, 단방향의 전체 통신 경로에서 입력-압축-복원-압축-복원-출력의 과정을 거치면서 두 번의 압축-복원 과정이 반복되는데, 이를 이중 부호화(Tandem Coding)라 한다. 상기 이중 부호화는, 제1 패킷 단말(110)과 PSTN 단말(102) 사이의 통신에서 한 번의 압축-복원 과정만 포함되는 것과 차이를 가진다.
상기 도 1은 모든 통신 환경에 적용 가능한 매우 일반적인 구조이지만, 압축-복원 과정에서는 정보의 손실로 인해 음질이 저하되므로, 패킷 단말 사이의 통신에서 두 번의 압축-복원 과정에 의해 통화 품질이 저하되는 문제점을 가진다. 이를 해결하기 위한 또 다른 종래 기술이 도 2에 도시되어 있다.
도 2는 종래 기술에 의해 패킷 바이패스를 제공하는 음성 패킷의 전송 및 처리 시스템을 나타낸 구성도이다. 도시한 바와 같이, 제1 패킷 단말(202)과 제2 패킷 단말(210)에서 사용하는 음성 부호화기의 종류가 동일하면, 음성 패킷을 서로 해석할 수 있으므로 제1 패킷 단말(202)에서 제2 패킷 단말(210)로의 패킷 전송 과정에 아무런 처리가 필요없게 된다.
따라서 제1 패킷 단말(202)에서 입력되는 음성 패킷은 바이패스 처리기(204)에 의해 그대로 네트워크(200)로 전달되고, 네트워크(200)는 상기 바이패스된 음성 패킷을 마찬가지로 상대편으로 전송한다. 네트워크(200)로부터의 음성 패킷은 다시 바이패스 처리기(214)를 통하여 출력된다. 만일, 상기 네트워크(200)로부터의 바이패스된 음성 패킷이 최대 전송율을 가지며 제2 데이터 삽입기(216)에서 추가 데이터의 삽입이 필요할 경우, 제2 데이터 삽입기(216)는 상기 네트워크(200)로부터의 바이패스된 음성 패킷의 음성 정보를 폐기하고 상기 추가 데이터만으로 새로운 음성 패킷을 생성하는 블랭크 앤 버스트 방식을 사용한다.
반대로 제2 패킷 단말(210)로부터의 음성 패킷은 바이패스 처리기(212)를 통해 네트워크(200)로 전달되고, 네트워크(200)로부터의 음성 패킷은 바이패스 처리기(206)를 통해 제1 데이터 삽입기(208)에 입력된다. 제1 데이터 삽입기(208)는, 상기 네트워크(200)로부터의 바이패스된 음성 패킷을 제1 패킷 단말(202)로 전달하거나, 필요한 경우 추가 데이터를 포함하는 새로운 음성 패킷을 생성하여 제1 패킷 단말(202)로 전달한다.
상기 도 2와 같은 시스템은 한 번의 압축-복원 과정만을 사용하므로, 도 1에 비하여 음질이 향상된다. 이와 같이 통신 시스템에서 음성 패킷을 그대로 전송만 하는 경우를 "패킷 바이패스" 또는 "비-이중화 동작(Tandem-Free Operation)"이라 한다.
상기 도 2는 패킷 단말 사이의 통신에서 향상된 통화 품질을 제공하지만 적용에 제한이 많은 단점이 있다. 만일 두 패킷 단말(202, 210)의 음성 부호화기의 종류가 다르면 사용되지 못하고, 또한 패킷 전송 과정에서 추가 데이터 전송을 위하여 패킷 전송율의 감소가 필요할 경우 블랭크 앤 버스트 방식을 사용하게 되어 추가적인 음질 저하가 발생한다.
도 3은 종래 기술에 따라 음성 복원기와 음성 압축기 대신에 패킷 변환기와 바이패스 처리기를 사용하는 음성 패킷의 전송 및 처리 시스템을 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 제1 패킷 단말(222)에서 제2 패킷 단말(230)로의 패킷 전송에서, 제1 패킷 단말(222)로부터 입력되는 음성 패킷은 바이패스 처리기(224)와 네트워크(220)를 통하여 제2 패킷 변환기(236)에 입력되고, 제2 패킷 변환기(236)는 네트워크(220)로부터의 음성 패킷을 제2 패킷 단말(230)의 음성 부호화기에서 정한 규정 또는 시스템에서 요구하는 전송율에 맞는 새로운 음성 패킷으로 변환한다. 만일 데이터 삽입이 필요하면, 제2 데이터 삽입기(234)는 필요한 데이터를 상기 변환된 음성 패킷에 삽입하며, 이를 위한 빈 공간은 제2 패킷 변환기(236)에 의해 마련된다. 제2 데이터 삽입기(234)로부터의 음성 패킷은 제2 패킷 단말(230)로 전달된다.
반대로 제2 패킷 단말(230)로부터의 음성 패킷은 바이패스 처리기(232)를 통해 네트워크(220)로 전달되고, 네트워크(220)로부터의 음성 패킷은 제1 패킷 변환기(226)를 통해 제1 데이터 삽입기(228)에 입력된다. 제1 데이터 삽입기(228)는, 필요한 경우 상기 제1 패킷 변환기(226)로부터의 음성 패킷에 추가 데이터를 삽입하여 제1 패킷 단말(222)로 전달하며, 상기 추가 데이터를 삽입하기 위해 필요한 공간은 제1 패킷 변환기(226)에 의해 마련된다.
만일 두 단말(222, 230)이 동일한 음성 부호화기를 사용하고 전송율 변환이 필요없으면, 패킷 변환기들(226, 236)은 실질적인 패킷 변환 없이 바이패스와 동일한 동작을 하게 된다. 도 3에 의한 음성 패킷 전송의 성능은 패킷 변환기들(226, 236)의 성능에 의하여 직접적으로 결정되며, 도 1과 같은 이중 부호화를 방지하므로 도 1에 비하여 향상된 성능을 제공할 수 있다. 또한, 패킷 변환기들(226, 236)에서의 전송율 변환을 통하여 딤 앤 버스트 방식의 추가 데이터 전송이 가능하다.
그러나 일반적으로 음성 패킷의 변환은 단순한 비트의 재배치 또는 포맷 변환이 아니라 입력 음성 신호의 특성을 결정하는 많은 음성 파라미터의 재검색 또는 양자화를 포함하여 매우 복잡한 수학적 연산을 요구한다.
이상의 종래 기술에 의한 음성 패킷 전송 및 처리 방법은 각각 서로 다른 문제점을 가지고 있다. 도 1은 가장 일반적인 방법으로서 모든 통신 환경에 적용 가능하지만 이중 부호화가 발생할 경우 음질이 저하되는 문제점을 가진다. 도 2는 패킷을 바이패스하여 도 1에 비하여 음질이 향상되지만 두 단말이 동일한 음성 부호화기를 사용하는 환경에만 적용 가능한 제약점을 가지고, 또한 메시지 등의 추가 데이터 전송을 위하여 사용하는 블랭크 앤 버스트 방식으로 인해 음질이 저하되는 문제점을 가진다.
도 3은 도 1 및 도 2의 문제점을 해결할 수 있으나, 통신에 사용되는 모든 음성 부호화기에 대하여 모든 조합의 서로 다른 패킷들 사이의 변환을 각각 수행하여야 하고, 각 가변 전송율 음성 부호화기에 대하여 패킷의 전송율 변환도 수행하 여야 한다. 또한, 새로운 음성 부호화기가 통신에 사용될 경우 기존의 모든 음성 부호화기와의 패킷 변환을 위한 추가적인 패킷 변환기의 설계 및 시스템 적용이 필요하게 된다.
더욱이, 종래 기술에 의하면 각 통화가 연결될 때 통신 환경에 따라 도 1, 도 2 또는 도 3의 방식 중에서 하나가 선택되고 통화 중에 변경되지 않고 하나의 방법으로 계속 진행된다. 즉, 도 1, 도 2, 도 3 의 각 방법은 독립적인 동작을 가정한 것이며, 각 방법 사이의 변환은 제공되지 않는다. 그러나 이동통신에서의 핸드오프(Hand-Off) 등에 의하여 통화 중에 패킷 단말의 음성 부호화기의 종류가 변경되거나 채널의 전송율의 제한이 발생하는 등 통신 환경이 변경될 수 있으며, 이 경우에 종래 기술을 그대로 적용하게 되면 환경이 변하는 시점에서 뚜렷한 불연속 현상이 발생하여 음질이 저하되고 큰 잡음이 발생하는 문제점을 가진다. 따라서 매우 빈번한 통신 환경의 변화에 대하여 우수한 성능을 보장하는 패킷 전송 및 처리 방법의 개발이 필요하게 되었다.
따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 여러 종류의 통신 단말과 여러 종류의 음성 부호화기가 복수로 사용되고 다양한 연결 구조를 가지는 통신 환경에서 통합된 구조와 개념으로 음성 패킷을 전송하고 음성 패킷 전송 과정에서 필요한 패킷 변환을 지원하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 디지털 통신 시스템에서 음성 패킷을 전송하고 처리하는데 있어서, 모든 통화 환경에 공통으로 적용 가능하고 각각의 통신 환경에 대하여 최적의 성능을 보장하는 음성 패킷 전송과 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은, 하나의 통합된 시스템 구조를 이용하여 모든 통화 환경을 지원할 수 있는 음성 패킷의 전송과 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은, 음성 부호화기의 프레임 단위로 각각 통신 환경을 설정하여 빈번한 환경 변화에 대하여 매우 우수한 성능을 보장하는 음성 패킷의 전송과 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 기존의 음성 압축기와 음성 복원기 기능을 활용하여 새로운 패킷 처리 모듈의 개발없이 간단하게 통신 환경에 최적인 음성 패킷 전송과 처리를 가능하게 하는 음성 패킷의 전송과 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 디지털 통신 시스템에서 음성 패킷의 전송과 처리 장치에 있어서,
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디지털 통신 네트워크를 통해 상대측 패킷 단말 혹은 공중교환 전화 네트워크(PSTN) 단말과 통신 가능한 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 상기 디지털 통신 네트워크로 바이패스하거나 상기 음성 패킷으로부터 복원된 펄스 코드 변조(PCM) 신호를 상기 디지털 통신 네트워크로 전달하고, 상기 디지털 통신 네트워크로부터의 음성 패킷을 바이패스하거나 상기 디지털 통신 네트워크로부터의 PCM 신호로부터 압축된 음성 패킷을 상기 패킷 단말로 전달하는 스위치 구조 보코더 모듈과,
상기 패킷 단말로 전달할 추가 데이터가 존재하는 경우, 상기 스위치 구조 보코더 모듈로부터 출력된 음성 패킷에 상기 추가 데이터를 삽입하여 상기 패킷 단말로 전송하는 데이터 삽입기와,
상기 스위치 구조 보코더 모듈과 상기 데이터 삽입기를 제어하는 보코더 제어부를 포함하며,
상기 스위치 구조 보코더 모듈은,
입력 PCM 신호를 압축하여 음성 패킷을 생성하는 음성 압축기와, 입력 음성 패킷을 복원하여 PCM 신호를 생성하는 음성 복원기와, 상기 네트워크로부터 혹은 상기 음성 복원기로부터의 출력을 상기 음성 압축기의 입력으로 연결하는 제1 스위치와, 상기 네트워크로부터 혹은 상기 음성 압축기로부터의 출력을 상기 데이터 삽입기로 연결하는 제2 스위치와, 상기 네트워크로부터 혹은 상기 패킷 단말로부터의 출력을 상기 음성 복원기의 입력으로 연결하는 제3 스위치와, 상기 음성 복원기로부터 혹은 상기 패킷 단말로부터의 출력을 상기 네트워크로 연결하는 제4 스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예는, 디지털 통신 시스템에서 상대측 패킷 단말 혹은 PSTN 단말과 통신 가능한 패킷 단말을 디지털 통신 네트워크로 연결하기 위한 음성 패킷의 전송과 처리 방법에 있어서,
음성 부호화를 위한 프레임 단위로 상기 네트워크와의 통신 형태가 펄스 코드 변조(PCM) 기반인지 패킷 기반인지를 판단하는 과정과,
상기 통신 형태가 PCM 기반이면, 상기 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 음성 복원기에 의해 PCM 신호로 복원하여 상기 네트워크로 전달하고, 상기 네트워크로부터의 PCM 신호를 음성 압축기에 의해 음성 패킷으로 압축하여 상기 패킷 단말로 전달하는 과정과,
상기 통신 형태가 패킷 기반이면 패킷 바이패스가 가능한지를 판단하는 과정과,
상기 패킷 바이패스가 가능하면, 상기 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 상기 네트워크로 바이패스하고 상기 네트워크로부터의 음성 패킷을 상기 패킷 단말로 바이패스하는 과정과,
상기 패킷 바이패스가 가능하지 않으면, 상기 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 상기 네트워크로 전달하고 상기 네트워크로부터의 음성 패킷을 상기 음성 복원기에 의해 PCM 신호로 복원하고 상기 복원된 PCM 신호를 상기 음성 압축기에 의해 음성 패킷으로 압축하여 상기 패킷 단말로 전달하는 과정과,
상기 패킷 단말로 전송할 메시지가 존재하는 경우, 상기 바이패스된 음성 패킷 혹은 상기 복원된 PCM 신호로부터 압축된 음성 패킷에 상기 메시지를 삽입하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구 성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성 패킷의 전송과 처리 시스템을 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 통신을 위하여 패킷 단말들(310,330)과 PSTN 단말(302)이 PSTN 기반의 네트워크(300)에 연결되며, 특히 패킷 단말들(310, 330)은 음성 압축 및 복원이 가능한 스위치 구조 보코더 모듈들(Switched Vocoder Modules)(320, 332)을 통해 네트워크(300)에 연결된다. 상기 스위치 구조 보코더 모듈들(320,332)은 프레임 단위의 통신 환경에 따라 최적의 통신을 구현하여 성능 향상을 제공한다. 여기서 프레임이라 함은 음성 압축기 혹은 음성 복원기에 의한 음성 부호화 동작의 최소 단위를 의미하는 것으로, 단위 데이터 혹은 상기 단위 데이터에 대응하는 단위 시간을 의미한다.
도 4를 참조하면, 제1 패킷 단말(310)과 PSTN 단말(302) 사이의 호가 설정되면, 제1 패킷 단말(310)의 입력 음성 신호는 내부의 음성 압축기에 의해 음성 패킷으로 변환되어 제1 스위치 구조 보코더 모듈(314)로 전송된다. 제1 스위치 구조 보코더 모듈(314)은 제1 패킷 단말(310)과 동일한 종류의 음성 복원 동작을 통하여 상기 음성 패킷으로부터 음성 PCM 신호를 생성하고, 상기 음성 PCM 신호를 PSTN 기반의 디지털 통신 네트워크(300)로 출력한다. 그러면 상기 PCM 신호는 네트워크(300) 내부의 PSTN 교환기(도시하지 않음)에 의해 아날로그 신호(304)로 변환된 후, 최종적으로 PSTN 단말(302)에게 전송되어, 제1 패킷 단말(310)로부터의 음성이 PSTN 단말(302)에게 전달된다.
또한, PSTN 단말(302)에서 입력된 아날로그 신호(306)는 네트워크(300) 내의 PSTN 교환기에서 PCM 신호로 변환되고, 상기 PCM 신호는 제1 스위치 구조 보코더 모듈(314)에 의해 제1 패킷 단말(310)과 동일한 종류의 음성 패킷으로 변환된다.
만일 제어/시그널링 메시지나 단문 메시지와 같은 추가적인 데이터의 삽입이 필요없을 경우, 제1 스위치 구조 보코더 모듈(314)은 네트워크(300)로부터의 PCM 신호를 최대 전송율에 따라 압축하여 음성 패킷을 생성하며, 상기 음성 패킷은 제1 데이터 삽입기(324)를 그대로 통과(bypass)하여 제1 패킷 단말(310)로 전달된다. 반면 제1 패킷 단말(310)로 전송할 추가 데이터가 존재하는 경우, 제1 스위치 구조 보코더 모듈(314)은 네트워크(300)로부터 입력된 PCM 신호를, 최대 전송율보다 낮은 전송율로 압축하여 음성 패킷을 생성하며, 제1 데이터 삽입기(324)는 상기 음성 패킷에 추가 데이터를 삽입하여 제1 패킷 단말(310)로 전송한다. 여기서 낮은 전송율이라 함은 상기 추가 데이터의 크기에 따라, 상기 음성 패킷 내에 상기 추가 데이터를 삽입하기에 충분한 공간을 형성할 수 있을 정도로 정해진다. 제1 패킷 단말(310)은 내부의 음성 복원기 동작에 의하여 상기 음성 패킷을 PCM 신호로 변환하여 사용자가 인지 가능한 형태로 최종 출력한다.
다음으로, 제1 패킷 단말(310)과 제2 패킷 단말(330) 사이의 통신을 할 경우 패킷 전송 및 처리를 설명한다.
제1 패킷 단말(310)에서 생성된 음성 패킷은 제1 스위치 구조 보코더 모듈(314)에 의해 바이패스되어 네트워크(300)를 통해 제2 스위치 구조 보코더 모듈(332)로 전달된다. 네트워크(300)로부터 바이패스된 음성 패킷은, 제2 스위치 구조 보코더 모듈(332)에 의해 다시 바이패스되거나 혹은 필요한 변환 동작에 따라 변환되어 제2 데이터 삽입기(334)로 전송된다. 제2 데이터 삽입기(334)는 상기 제2 스위치 구조 보코더 모듈(332)로부터 바이패스된 음성 패킷에 필요한 추가 데이터 혹은 메시지를 삽입한 후 제2 패킷 단말(330)로 전송한다. 제2 패킷 단말(330)로부터 제1 패킷 단말(310) 방향으로의 통신도 동일한 구조로 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 스위치 구조 보코더 모듈들(314, 332)은 통신 환경에 따라 별도로 동작하는 음성 부호화기, 바이패스 처리기, 패킷 변환기 대신에, 음성 압축기, 음성 복원기, 다수의 스위치와 제어기를 포함하는 간단한 구조를 가진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 구조 보코더 모듈의 상세 구조를 나타낸 것이다. 여기에는 스위치 구조 보코더 모듈들(314, 332)과 별도로 구비된 보코더 제어부들(328, 336)을 도시하였으나, 변형된 실시예에서 상기 보코더 제어부들(328, 336)이 스위치 구조 보코더 모듈들(314, 332)의 내부에 구비될 수 있다. 하기에서는 제1 패킷 단말(310)에 연결된 제1 스위치 구조 보코더 모듈(314)과 제1 보코더 제어부(328)의 구조 및 동작에 대하여 상세히 설명할 것이나 제2 스위치 구조 보코더 모듈(332)과 제2 보코더 제어부(336)도 동일한 구조 및 동작을 가지게 됨은 명백한 것이다.
도 5를 참조하면, 스위치 구조 보코더 모듈(314)은 PCM 신호를 음성 패킷으로 변환하는 음성 압축기(314e), 음성 패킷을 PCM 신호로 변환하는 음성 복원기(314b), 상기 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)의 입력 신호와 출력 신호를 선택하는 다수의 스위치들(314a, 314c, 314d, 314f)을 포함한다. 보코더 제어부(328)는 패킷 단말(310)과 제2 패킷 단말(330)간의 통신 전체에 대한 정보를 수집하여, 스위치 구조 보코더 모듈(314)과 데이터 삽입기(324)의 동작을 조정하기 위하여, 스위치들(314a, 314c, 314d, 314f)을 제어하는 스위치 조정 신호(340)와 음성 부호화기(314e, 314b)와 데이터 삽입기(324)를 제어하는 데이터 삽입 조정 신호(342)를 출력한다. 도시하지 않을 것이지만 일 실시예로서, 상기 보코더 제어부(328)는 스위치 제어기와 음성 부호화기 제어기로 구성될 수 있다.
음성 부호화기(314e, 314b)와 네트워크(300) 사이의 접속은 PCM 또는 패킷 형태를 모두 지원한다. 본 발명에서는 통신 환경에 따라 자동으로 해당 접속 규격을 사용하는 것을 가정하며, 접속 규격에 대한 제한을 두지 않는다. 음성 부호화기(314e, 314b)와 패킷 단말(310) 사이의 접속은 패킷 기반의 채널을 통하여 이루어진다. 또한, 패킷 단말(310)은 내부에 음성 압축기와 음성 복원기로 구성된 음성 부호화기를 포함하며, 음성 패킷을 송수신한다.
본 발명에 의한 장치의 한 실시예에 따른 상세 동작을 도 5를 기준으로 설명하면 다음과 같다. 네트워크(300)에 두 단말들(310과 302 혹은 310과 330)이 접속되어 상호간에 통신이 연결되면, 보코더 제어부(328)는 상기 두 단말들의 특성과 메시지 전달 필요성, 그리고 음성 통신과 관련된 기타 입력 통신 정보를 종합적으로 분석하여 통신 전반에 대한 조정 기능을 결정한다. 상기 보코더 제어부(328)에서 통신 상황을 프레임 단위로 분석하여 통신 정보를 제공하며, 분석하는 통신 정보는 각 단말 종류, 각 단말에 구비되는 음성 부호화기의 종류, 제어/시그널링 메시지 등과 같은 추가 데이터의 전송 여부, 출력 채널의 허용 전송율 등을 포함하며, 이를 기준으로 각 프레임별로 통화 환경을 크게 3가지 모드로 구분한다.
일 예로서 상기 보코더 제어부(328)는 단말들(310, 330, 302)을 서비스하는 교환 시스템이나 액세스 네트워크로부터 상기 단말들(310, 330, 302)에 대한 통화 정보를 입력받을 수 있다. 여기서 보코더 제어부(328)가 상기 통화 정보를 입력받는 경로 및 수단은 본 발명의 주된 요지와는 관련이 없으므로 상세한 설명을 생략할 것이다.
모드 1은 음성 부호화기(314e, 314b)와 네트워크(300) 사이에서 음성이 PCM 형태로 전달되는 경우이며, 이에 대한 예로서 패킷 단말(310)과 PSTN 단말(302) 사이의 통신이 있다. 모드 2는 음성 부호화기(314e, 314b)와 네트워크(300) 사이에서 음성이 패킷 형태로 전달되는 경우이며, 이에 대한 예는 패킷 단말들(310, 330) 사이의 통신(즉 Mobile-to-Mobile Call)을 포함한다. 모드 3은 모드 2의 특별한 경우로서, 두 패킷 단말들(310, 330) 사이의 통신에서 음성 패킷을 통신 시스템에서 그대로 전송하여도 통화가 가능한 상황에 해당하며, 이에 해당하는 예는 두 패킷 단말들(310, 330)이 동일한 종류의 음성 부호화기를 사용하고 전송 과정에서 패킷 전송율의 변화가 필요없는 경우를 포함한다. 만일 음성 부호화기의 종류가 같더라도 추가 데이터의 전송에 의하여 음성 패킷의 전송율을 감소시킬 필요가 있다면 이는 모드 2에 해당한다. 반면에 두 단말들(310, 330)이 동일한 종류의 음성 부호화기를 사용하는 경우에 추가 데이터의 전달을 위하여 음성 패킷의 전송율에 제한이 있더라도 입력 음성 패킷의 전송율이 상기 전송율 제한보다 높지 않으면 이는 모드 3에 해당한다.
통화가 연결되면, 상기 보코더 제어부(328)는 모든 통신 상황을 분석하여 모드를 결정하고 음성 부호화기(314e, 314b)의 종류와 동작을 결정하며 스위치들(314a, 314c, 314d, 314f)의 동작을 조정한다. 이 때, 상기 보코더 제어부(328)의 제어 동작은 프레임 단위로 수행된다.
상기 보코더 제어부(328)에서 각 모드에 따라 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)의 동작을 결정하는 과정은 다음과 같다. 모드 1에서 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)는 제1 패킷 단말(310)의 음성 복원기와 음성 압축기와 동일하게 동작하도록 설정된다. 모드 2와 모드 3에서는, 음성 압축기(314e)는 제1 패킷 단말(310)의 음성 복원기와 동일하게 동작하도록 설정되고, 음성 복원기(314b)는 제2 패킷 단말(330)의 음성 압축기와 동일하게 동작하도록 설정된다.
음성 압축기(314e) 및 음성 복원기(314b)의 제어는, 음성 압축기(314e)의 최대 전송율, 음성 압축기(314e)의 잡음 제거 동작과 전처리 필터 동작, 음성 복원기(314b)의 포스트-필터(Post-Filter) 동작, 음성 압축기(314e)의 압축 가중치 파라미터 변경 등을 포함할 수 있으며, 상기 보코더 제어부(328)는 각 모드에 대하여 서로 다른 세부 파라미터를 조정한다. 예로, 모드 2와 모드 3에서 보코더 제어부(328)는 음성 압축기(314e)에 포함된 잡음 제거 동작을 제외시키고 음성 복원기(314b)에 포함된 포스트-필터 동작을 제외시킬 수 있다. 또한, 모드 3에서 보코더 제어부(328)는 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)의 동작에서 검색을 간단히 하여 계산량을 줄이도록 할 수 있다. 또한, 상기 보코더 제어부(328)는 모드가 변 경되는 시점에서 신호의 불연속이 발생하지 않도록 각 모드에 대하여 음성 압축과 복원 과정에서 필요한 지연 시간을 삽입할 수 있다.
또한, 상기 보코더 제어부(328)는 입력되는 통신 정보를 바탕으로 프레임 단위로 스위치 동작을 결정하여 각 스위치(314a, 314c, 314d, 314f)로 명령을 전달한다. 도시한 실시예에서는 음성 압축기(314e)의 입력을 결정하는 제1 스위치(314d), 음성 압축기(314e)의 출력을 결정하는 제2 스위치(314f), 음성 복원기(314b)의 입력을 결정하는 제3 스위치(314a), 음성 복원기(314b)의 출력을 결정하는 제4 스위치(314c)가 포함되며, 도 6a 내지 도 6c는 각 모드에 따른 상기 스위치들(314a, 314c, 314d, 314f)의 연결을 나타낸다.
도 6a는 모드 1의 동작을 나타낸 것이다. 모드 1에서, 제1 스위치(314d)는 네트워크(300)에서 입력된 PCM 신호를 선택하여 음성 압축기(314e)로 전달하고, 제2 스위치(314f)는 음성 압축기(314e)에서 생성된 음성 패킷을 데이터 삽입부(3245)로 출력한다. 또한, 제3 스위치(314a)는 패킷 단말(310)에서 입력되는 음성 패킷을 음성 복원기(314b)로 전달하고 제4 스위치(314c)는 음성 복원기(314b)에서 생성된 PCM 신호를 네트워크(300)로 출력한다.
도 6b는 모드 2의 동작을 나타낸 것이다. 모드 2에서, 제3 스위치(314a)는 네트워크(300)로부터 입력된 음성 패킷을 선택하여 음성 복원기(314b)로 전달하고, 제1 스위치(314d)는 음성 복원기(314b)에서 생성된 PCM 신호를 음성 압축기(314e)로 전달하며, 제2 스위치(314f)는 음성 압축기(314e)에서 생성된 음성 패킷을 데이터 삽입부(324)로 출력한다. 또한 제4 스위치(314c)는 패킷 단말(310)로부터의 음 성 패킷을 바이패스하여 네트워크(300)로 전달한다.
도 6c는 모드 3의 동작을 나타낸 것이다. 모드 3에서 스위치들(314a, 314c, 314d, 314f)의 동작을 모드 2와 동일하게 될 수 있다. 그러나 이중 부호화에 의하여 음질이 저하되는 것을 방지하기 위하여 모드 3에서는 바이패스 기능을 제공한다. 구체적으로, 제2 스위치(314f)는 네트워크(300)로부터 입력되는 음성 패킷을 바이패스하여 데이터 삽입부(324)로 전달한다. 이때 제3 스위치(314a)는 네트워크(300)로부터의 음성 패킷을 음성 복원기(314b)로 전달하며, 음성 복원기(314b)에서 생성된 PCM 신호는 제1 스위치(314d)에 의해 음성 압축기(314e)로 전달될 수 있다.음성 압축기(314e)는 상기 음성 복원기(314b)에서 생성된 PCM 신호를 압축하여 음성 패킷을 생성하지만, 상기 음성 압축기(314e)에서 생성된 음성 패킷은 데이터 삽입부(324)로 전달되지 않는다. 상기한 음성 복원기(314b)와 음성 압축기(314e)의 동작은 모드 변환에 대응한 음성 압축기(314e)의 연속적인 동작을 보장하기 위하여 내부 상태를 갱신하기 위함이다.
이상에서 설명한 본 발명의 한 실시예에 따른 패킷 전송 및 처리 장치에서, CDMA 디지털 이동통신을 기준으로 구체적인 동작 형태를 설명하면 다음과 같다.
CDMA 이동통신에서 셀룰러 폰에 해당하는 제1 단말(310)과 POT(Plain Old Telephone) 전화기에 해당하는 제3 단말(302) 사이의 통신은 항상 모드 1로 동작하며, 보코더 제어부(328)는 추가 데이터의 전달이 필요한 프레임에 대하여 출력 음성 패킷의 최대 전송율을 1/2로 제한하고 데이터 삽입기(324)를 통하여 딤 앤 버스트 방식으로 추가 데이터를 전송할 수 있도록 지원한다. 만일 통화 도중에 제1 단말(310)에서 사용하는 음성 부호화기의 종류가 변경되면 상기 변경 정보는 보코더 제어부(328)로 전달되며, 상기 보코더 제어부(328)의 명령에 따라 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)는 제1 단말(310)의 음성 부호화기와 동일하게 동작하도록 제어된다.
CDMA 디지털 이동 통신에서 셀룰러 폰들인 제1 단말(310)과 제2 단말(330) 사이의 통신은 모드 1, 모드 2, 모드 3 중 하나의 방법으로 동작한다. 기본적으로 모드 1 또는 모드 2로 통화하는 것이 모두 가능하다. 그러나 모드 1과 모드 2의 경우, 이중 부호화에 의한 음질 저하가 발생하므로 이를 방지하기 위하여 가능한 경우에는 패킷 바이패스를 적용하는 것이 바람직하다. 따라서 보코더 제어부(328)에서 모드를 결정하는 기본적인 개념은 다음과 같다.
즉 보코더 제어부(328)는 기본적으로 이중 부호화 방식을 사용하고, 특별한 경우로서 모드 3 방식으로 패킷 바이패스를 구현한다. 이 경우, 이중 부호화 방식과 패킷 바이패스 방식 사이의 빈번한 변환이 필요한데, 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)에서 동일한 입력 신호를 사용하는 모드 2와 모드 3 사이의 변환이 보다 안정된 성능을 보장한다. 즉, 모드 1과 모드 3은 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)의 입력 신호가 서로 다르지만, 모드 2와 모드 3은 각각 동일한 입력을 사용하므로 모드 변환에 따라 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b) 동작에서 불연속이 발생하지 않아 성능의 저하가 나타나지 않는다.
따라서 단말들(310, 330) 사이의 통신에 대해 모드 2를 기본으로 하고, 이동 단말들(310, 330) 각각의 전송율 또는 추가 데이터의 전달 여부에 따라 결정된 최대 전송율에 따라 음성 압축기(314e)의 동작을 제어하고, 이를 통하여 딤 앤 버스트 방식의 메시지 전송을 구현한다. 모드 2로 동작 중에, 만일 두 단말들(310, 330)의 음성 부호화기가 동일하고 패킷의 변환 없이 통신이 가능할 경우, 모드 3이 사용되고, 모드 3 동작 중에 상기 조건이 만족되지 않으면 다시 모드 2가 사용된다. 물론 모드 3에서도 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)는 정상적으로 동작하며, 이는 모드 2로 복귀할 경우 음성 압축기(314e)와 음성 복원기(314b)의 동작 연속성을 보장하기 위함이다. 만일, 통화 도중에 핸드오프 등으로 인하여 어느 한 단말의 음성 부호화기 종류가 변경되면, 보코더 제어부(328)는 상기 변경된 음성 부호화기의 종류에 따라, 다시 모드 2와 3 중에서 선택한다.
따라서 CDMA 기반의 이동통신에서 두 단말들(310, 330)이 동일 음성 부호화기를 사용하는 경우, 메시지 전달이 필요한 프레임은 모드 2로 동작하고 나머지 일반적인 프레임은 모드 3으로 동작하게 할 수 있으며, 이를 통하여 일반적인 프레임에 대하여 패킷 바이패스에 의한 음질 향상을 얻을 수 있고, 메시지 전달이 필요한 프레임에서 데이터 삽입기(324)의 동작으로 딤 앤 버스트 방식을 매우 간단하게 수행할 수 있다. 본 발명에 의한 장치에서는 복잡한 추가 모듈 없이 패킷 바이패스와 딤 앤 버스트를 동시에 지원하여 통신 품질의 향상에 큰 효과를 준다.
만일 두 단말들(310, 330)이 서로 다른 음성 부호화기를 사용하는 경우, 두 단말들(310, 330) 사이의 통신은 모드 2로 동작한다. 예를 들어 모드 2로 동작하는 도중에, 통화 중간에 핸드오프 등에 의하여 어느 한 단말의 음성 부호화기 종류가 변경되고 그에 따라 상기 두 단말들(310, 330)이 동일한 종류의 음성 부호화기를 사용하게 되면, 통화 중간에 모드 3으로 전환이 되어 패킷 바이패스를 통한 성능 향상을 얻을 수 있다. 더욱이 이동통신 시스템의 셀 경계 지역에서 빈번한 핸드오프가 발생하더라도 모드 2와 3 사이의 전환에 의하여 불연속 없이 최적의 통신이 이루어진다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음성 패킷의 전송과 처리 동작을 나타낸 흐름도이다. 여기에서는 본 발명의 주된 요지와는 관련이 없는, 디지털 통신 시스템의 통화의 시작을 위한 호 설정과 통화의 종료를 위한 호 해제 동작은 생략되었으며, 통신 신호는 프레임 단위로 송수신된다.
도 7을 참조하면, 410 단계에서 보코더 제어부는 프레임의 시작을 인지하고, 420 단계에서 스위치 구조 보코더 모듈 및 네트워크와의 통신 형태가 패킷 기반인지를 판단한다. 상기 통신 형태가 패킷 기반이 아니면, 즉 PCM 기반이면, 430 단계에서 보코더 제어부는 네트워크와 PCM 기반으로 통신이 이루어지는 경우, 즉 모드 1의 제어 동작인 PCM 인터페이스 동작을 수행한다. 일 예로서 도 5의 구성에서, 보코더 제어부는 제1 스위치(314d)를 입력 A로, 제2 스위치(314f)를 입력 C로, 제3 스위치(314a)를 입력 G로, 제4 스위치(314c)를 입력 E로 제어한다.
반면 상기 통신 형태가 패킷 기반이면, 450 단계에서 보코더 제어부는 네트워크와 패킷 기반으로 통신이 이루어지는 경우, 즉 모드 2 또는 모드 3의 제어 동작인 패킷 인터페이스 동작을 수행한다. 일 예로서 도 5의 구성에서, 보코더 제어부는 제1 스위치(314d)를 입력 B로, 제2 스위치(314f)를 입력 C 또는 D로, 제3 스위치(314a)를 입력 H로, 제4 스위치(314c)를 입력 F로 제어한다. 이때 보코더 제어부는 패킷 바이패스가 가능한지의 여부에 따라 상기 입력 C 또는 D를 선택한다.
490 단계에서, 보코더 제어부는 현재 프레임이 마지막 프레임인지의 여부에 따라 통화가 종료되었는지를 확인한다. 만일 통화가 종료되지 않았으면, 다음 프레임에 대한 동작을 반복 수행하기 위해 410 단계로 복귀하고, 통화가 종료되었으면 모든 동작을 종료한다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PCM 인터페이스 동작(430) 의 세부 흐름도를 나타낸 것이다.
도 8a를 참조하면, 432 단계에서 음성 복원기는 단말에서 입력되는 음성 패킷을 복원하여 PCM 신호를 출력하고, 434 단계에서 상기 음성 복원기의 출력 PCM 신호는 네트워크로 전송된다.
도 8b를 참조하면, 436 단계에서 보코더 제어부는 메시지의 전달 여부를 판단하여 음성 압축기의 허용된 최대 전송율을 결정한다. 이때 메시지를 전달할 필요가 없다면 가능한 최대 전송율이 선택되며, 메시지를 전달할 필요가 있다면 상기 메시지를 삽입하기에 충분한 보다 작은 전송율이 선택된다. 438 단계에서 음성 압축기는 상기 결정된 전송율에 따라 네트워크에서 입력되는 PCM 신호를 압축하여 음성 패킷을 생성하며, 440 단계에서 상기 음성 압축기에서 생성된 음성 패킷이 데이터 삽입기로 출력된다. 한편 442 단계에서, 메시지의 전달이 필요한 경우, 상기 음성 압축기의 출력 음성 패킷은 상기 메시지가 삽입된 후 단말로 전송된다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패킷 인터페이스 동작(450)의 세부 흐름도를 나타낸 것이다.
도 9a를 참조하면, 452 단계에서 단말로부터의 음성 패킷은 네트워크로 바이패스된다.
도 9b를 참조하면, 454 단계에서 보코더 제어부는 단말과 상대측 단말의 음성 부호화기 종류를 비교하고 상기 단말로 전송할 메시지가 존재하는지에 따라 패킷 바이패스가 가능한지를 판단한다. 여기서 상기 단말과 상기 상대측 단말의 음성 부호화기 종류가 동일하고 상기 단말로 전송할 메시지가 존재하지 않거나, 혹은 네 트워크에서 입력되는 패킷에 메시지를 삽입할 공간이 있는 경우, 상기 패킷 바이패스가 가능한 것으로 판단한다.
상기 패킷 바이패스가 가능하지 않으면, 456 단계에서 음성 복원기는 네트워크에서 입력되는 음성 패킷을 복원하여 PCM 신호를 생성하고, 458 단계에서 상기 음성 복원기의 출력 PCM 신호는 음성 압축기로 출력된다. 460 단계에서 보코더 제어부는 메시지의 전달 여부에 따라 압축기의 최대 전송율을 결정한다. 462 단계에서 음성 압축기는 상기 결정된 전송율에 따라 상기 음성 복원기에서 생성된 PCM 신호를 압축하여 음성 패킷을 생성한다. 464 단계에서 상기 음성 압축기에서 생성된 음성 패킷이 데이터 삽입기로 출력된다.
상기 454 단계에서 패킷 바이패스가 가능하면, 466 단계에서 네트워크에서 입력되는 음성 패킷은 그대로 데이터 삽입기로 출력된다. 한편 상기 패킷 바이패스가 가능하면, 468 단계에서 음성 압축기 동작의 연속성을 보장하기 위한 음성 복원 및 음성 압축이 수행된다. 구체적으로 470 단계에서 음성 복원기는 네트워크에서 입력되는 음성 패킷을 복원하여 PCM 신호를 생성하고, 472 단계에서 상기 음성 복원기의 출력 PCM 신호는 음성 압축기로 출력된다. 474 단계에서 음성 압축기는 상기 음성 복원기에서 생성된 PCM 신호를 압축하여 음성 패킷을 생성한다. 상기 복원 후 다시 압축된 음성 패킷은 데이터 삽입기로 출력되지 않는다.
상기 464 단계 혹은 상기 466 단계에서 출력된 음성 패킷에 대해 보코더 제어부는 메시지의 전달 여부를 판단한다. 만일 전달할 메시지가 존재하지 않으면 480 단계에서 상기 음성 패킷은 그대로 상기 단말에게 전달된다. 반면 전달할 메시 지가 존재한다면 478 단계에서 데이터 삽입기는 상기 출력된 음성 패킷에 상기 전달할 메시지를 삽입하며, 480 단계에서 상기 메시지를 포함하는 음성 패킷이 상기 단말에게 전달된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 디지털 이동 통신과 VoIP 등의 디지털 통신 시스템에서, 단말 사이의 통신에서 패킷 바이패스 기능을 적응적으로 제공하여 중복되는 음성 압축 및 복원에 의한 음질 저하를 방지할 수 있고, 음질 저하를 최소로 하면서 매우 간단한 방법으로 음성 패킷에 추가 데이터 또는 메시지를 삽입할 수 있고, 또한 통신 환경이 빈번히 변경되는 상황에서도 우수한 통신 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 디지털 통신 시스템에서 음성 패킷의 전송과 처리 장치에 있어서,
    디지털 통신 네트워크를 통해 상대측 패킷 단말 혹은 상대측 공중교환 전화 네트워크(PSTN) 단말과 통신 가능한 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 상기 디지털 통신 네트워크로 바이패스하거나 상기 음성 패킷으로부터 복원된 펄스 코드 변조(PCM) 신호를 상기 디지털 통신 네트워크로 전달하고, 상기 디지털 통신 네트워크로부터의 음성 패킷을 바이패스하거나 새로운 음성 패킷으로 변환하여 전달하거나 상기 디지털 통신 네트워크로부터의 PCM 신호로부터 압축된 음성 패킷을 상기 패킷 단말로 전달하는 스위치 구조 보코더 모듈과,
    상기 패킷 단말로 전달할 추가 데이터가 존재하는 경우, 상기 스위치 구조 보코더 모듈로부터 출력된 음성 패킷에 상기 추가 데이터를 삽입하여 상기 패킷 단말로 전송하는 데이터 삽입기와,
    상기 스위치 구조 보코더 모듈과 상기 데이터 삽입기를 제어하는 보코더 제어부를 포함하여 구성되며,
    상기 스위치 구조 보코더 모듈은,
    입력 PCM 신호를 압축하여 음성 패킷을 생성하는 음성 압축기와,
    입력 음성 패킷을 복원하여 PCM 신호를 생성하는 음성 복원기와,
    상기 네트워크, 상기 단말, 상기 음성 복원기 및 상기 음성 압축기의 입출력을 상호간에 연결하는 복수의 스위치들로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치들은,
    입력 PCM 신호를 압축하여 음성 패킷을 생성하는 음성 압축기와,
    입력 음성 패킷을 복원하여 PCM 신호를 생성하는 음성 복원기와,
    상기 네트워크로부터 혹은 상기 음성 복원기로부터의 출력을 상기 음성 압축기의 입력으로 연결하는 제1 스위치와,
    상기 네트워크로부터 혹은 상기 음성 압축기로부터의 출력을 상기 데이터 삽입기로 연결하는 제2 스위치와,
    상기 네트워크로부터 혹은 상기 패킷 단말로부터의 출력을 상기 음성 복원기의 입력으로 연결하는 제3 스위치와,
    상기 음성 복원기로부터 혹은 상기 패킷 단말로부터의 출력을 상기 네트워크로 연결하는 제4 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 보코더 제어부는,
    상기 음성 압축기 또는 상기 음성 복원기의 프레임 단위로 상기 네트워크와의 통신 형태가 PCM 기반인지 패킷 기반인지를 판단하여 상기 통신 형태가 PCM 기반 인터페이스이면, 상기 제1 스위치의 입력을 상기 네트워크로, 상기 제2 스위치의 입력을 상기 음성 압축기로, 상기 제3 스위치의 입력을 상기 패킷 단말로, 상기 제4 스위치의 입력을 상기 음성 복원기로 연결하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 보코더 제어부는,
    프레임 단위로 상기 네트워크와의 통신 형태가 PCM 기반인지 패킷 기반인지를 판단하여 상기 통신 형태가 패킷 기반 인터페이스이면, 상기 제1 스위치의 입력을 상기 음성 복원기로, 상기 제2 스위치의 입력을 상기 음성 압축기 혹은 상기 네트워크로, 상기 제3 스위치의 입력을 상기 네트워크로, 상기 제4 스위치의 입력을 상기 패킷 단말로 연결하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 보코더 제어부는,
    패킷 바이패스가 가능한 경우 상기 제2 스위치의 입력을 상기 네트워크로 연결하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 보코더 제어부는,
    상기 패킷 단말로 전달할 추가 데이터가 존재하는지의 여부에 따라, 상기 음성 압축기의 전송율을 결정하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 보코더 제어부는,
    프레임 단위로 상기 음성 압축기와 상기 음성 복원기 중 적어도 하나의 음성 부호화 방식을 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 음성 부호화 방식은,
    상기 음성 압축기의 잡음 제거 동작, 전처리 필터 동작, 압축 가중치 파라미터 결정, 파라미터 검색 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 음성 부호화 방식은,
    상기 음성 복원기의 포스트 필터 동작, 검색 방법 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
  10. 디지털 통신 시스템에서 상대측 패킷 단말 혹은 상대측 PSTN 단말과 통신 가능한 패킷 단말을 디지털 통신 네트워크로 연결하기 위한 음성 패킷의 전송과 처리 방법에 있어서,
    상기 네트워크와의 통신 형태가 펄스 코드 변조(PCM) 기반인지 패킷 기반인지를 판단하는 과정과,
    상기 통신 형태가 PCM 기반이면, 상기 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 음성 복원기에 의해 PCM 신호로 복원하여 상기 네트워크로 전달하고, 상기 네트워크로부터의 PCM 신호를 음성 압축기에 의해 음성 패킷으로 압축하여 상기 패킷 단말로 전달하는 과정과,
    상기 통신 형태가 패킷 기반이면 패킷 바이패스가 가능한지를 판단하는 과정과,
    상기 패킷 바이패스가 가능하면, 상기 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 상기 네트워크로 바이패스하고 상기 네트워크로부터의 음성 패킷을 상기 패킷 단말로 바이패스하는 과정과,
    상기 패킷 바이패스가 가능하지 않으면, 상기 패킷 단말로부터의 음성 패킷을 상기 네트워크로 전달하고 상기 네트워크로부터의 음성 패킷을 상기 음성 복원기에 의해 PCM 신호로 복원하고 상기 복원된 PCM 신호를 상기 음성 압축기에 의해 음성 패킷으로 압축하여 상기 패킷 단말로 전달하는 과정과,
    상기 패킷 단말로 전송할 메시지가 존재하는 경우, 상기 바이패스된 음성 패킷 혹은 상기 복원된 PCM 신호로부터 압축된 음성 패킷에 상기 메시지를 삽입하는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 패킷 바이패스가 가능한 경우, 상기 음성 압축기의 연속적인 동작을 보장하기 위하여, 상기 네트워크로부터의 음성 패킷을 상기 음성 복원기에 의해 PCM 신호로 복원하고 상기 복원된 PCM 신호를 상기 음성 압축기에 의해 음성 패킷으로 압축하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 패킷 단말로 전송할 메시지가 존재하는지의 여부에 따라 상기 음성 압축기의 최대 전송율을 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 프레임 단위로 상기 음성 압축기와 상기 음성 복원기 중 적어도 하나의 음성 부호화 방식을 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 음성 부호화 방식은,
    상기 음성 압축기의 잡음 제거 동작, 전처리 필터 동작, 압축 가중치 파라미터 결정, 파라미터 검색 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 음성 부호화 방식은,
    상기 음성 복원기의 포스트 필터 동작, 검색 방법 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 PCM 기반인지 패킷 기반인지를 판단하는 과정은,
    음성 부호화를 위한 프레임 단위로 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
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