Recently, as the packet-switched network is growing and bandwidth of the network is broadening, transmission of real-time data such as voice becomes important issue. However, because of "best-effort" characteristic, internet cannot guarantee complete transmission of voice. Of some factors affecting the QoS of VoIP, packet loss is a major source of degradation of voice quality. Packet loss is defined as the discarded or dropped packet due to various network environments. If decoder of VoIP detects the loss of packet, decoder generates new signal to conceal the packet loss. Various codecs such as G.711, G.729, G.723.1, AMR-NB, and AMR-WB, are used in VoIP and each codec has a unique packet loss concealment algorithm. Since the packet loss concealment algorithms in the codecs are different one another, the performance of PLC algorithms embedded in the codecs is different.
This thesis discusses the performance of PLC algorithms of above codecs and compared the performance of the PLC algorithms. We analyzed which codec shows the best performance at burst packet loss and how many frames can be coupled with one packet for each codec.
G.729 coder provide good performance at random packet loss. On the other hand, for burst packet loss, PLC algorithm of G.729 is very poor. To let G.729 PLC algorithm be robust to burst packet loss, this thesis provide three modules to improve G.729 PLC algorithm. The three modules are adaptive gain controller, adaptive memory update, and adaptive bandwidth expansion. Adaptive gain controller minimizes the error propagation phenomenon. Adaptive memory update and adaptive bandwidth expansion improve speech quality by providing slowly-changing speech characteristics for lost frames.
오늘날 통신망의 고도화와 광대역화의 발전이 지속됨에 따라, 인터넷을 통한 데이터 전송뿐만이 아니라 음성 신호를 포함한 멀티미디 신호의 전송이 요구되고 있으며, 음성망과 데이터망의 통합을 통한 비용절감은 통신망 운용사업자에게 있어서도 큰 관심사항이 되고 있다. 이러한 통합망을 통한 음성 신호의 전달이 VoIP이며, VoIP는 비용적인 측면에서 많은 강점을 가지고 있으나, 반면에 VoIP가 지속적인 확산을 위하여 해결해야 할 가장 큰 문제는 통화품질이다.
패킷 손실이란 전송된 패킷이 여러 가지 이유로 인하여 네트워크 상에서 사라지게 되는 현상을 말하여, 이러한 패킷 손실은 통화품질을 저하시키는 주요한 요인 중의 하나이다. 패킷이 손실된 경우, 디코더 측에서 사라진 데이터를 대신할 수 있는 새로운 신호를 생성해서 사용자가 손실을 잘 알아차리지 못 하도록 하는 기능이 패킷 손실 은닉 알고리즘이다. VoIP에서 사용되는 코덱의 종류가 여러 가지가 있으며, 각 코덱마다 고유의 패킷 손실 은닉 알고리즘을 제공하기 때문에 각 코덱들의 패킷 손실 은닉 알고리즘의 성능도 차이가 있게 된다.
본 논문에서는 VoIP에서 사용되는 코덱에 내장된 패킷 손실 은닉 알고리즘들에 대하여 랜덤한 패킷 손실과 연속적인 패킷 손실 중에서 어느 쪽에 강인한지, 하나의 패킷을 구성하는 데에 있어서 몇 개의 프레임이 적합한지, 그리고 전체적인 성능은 어떻게 되는지에 대한 비교 연구를 수행하였다.
이러한 비교 연구를 통하여, G.729 코덱이 연속적인 프레임 손실에 매우 약하다는 사실을 알게 되었으며, 이러한 이유로 연속적 프레임 손실에 좀 더 강인한 적응형 이득 조절, 적응형 메모리 갱신, 적응형 대역폭 평활화 등의 기법을 CELP 기반 코덱인 G.729에 대해 적용하였다.
CELP 기반 코덱에서는 적응형 코드북을 사용하기 때문에, 손실된 패킷 이후에 양호한 패킷이 도착하여도 양호한 패킷에도 에러가 전파되게 된다. 본 논문에서는 적응형 이득 조절기를 이용하여 이러한 에러 전파를 최소화 하도록 하였다. 또한 본 논문에서는 이전 프레임의 여기 신호를 그대로 사용하기 때문에 음의 유사성을 유지하기 위하여 LP 계수를 이용한 음성의 합성 이후의 연속적으로 손실된 프레임의 개수에 따라 메모리 갱신을 수행하는 적응형 메모리 갱신 알고리즘을 제안하였다. 마지막으로, 합성 필터를 통해 음성을 합성할 때, 이전 프레임에서의 좁은 대역폭으로 인한 음질 저하를 방지하기 위하여 수행하는 적응형 대역폭 평활화 기법을 제안하였다. 이러한 제안 알고리즘을 통하여 G.729 코덱에 내장된 기존의 패킷 손실 은닉 알고리즘에 비해 연속적인 프레임 손실에 좀 더 강인한 성능을 보이게 된다.
