최근 코로나 19로 인하여 사회적 거리 두기 권장에 따라 원격, 재택근무로 인하여 VoIP(Voice Over Internet Protocol)를 이용한 음성 및 화상 회의가 일상 생활화되어 가고 있다. 그러나 공중 회선 교환망(PSTN, Public Switched Telephone Network)에 비해 더 저렴한 인터넷전화를 사용하지 않는 이유는 VoIP가 공중 회선 교환망과 같은 수준의 음성 서비스 품질을 보장하지 않기 때문이다.
일상생활뿐만 아니라 군의 음성 통신망도 PSTN용 주요 장비의 내구 연수가 도래하였고, 기존 장비의 단종으로 유지 보수에 어려움이 있어 VoIP 기반으로 전환 되고 있다. 특히 군 특성상 작전 상황, 전술 정보를 신속하게 전달해야 하지만 군 통신체계의 자체 연구가 부족하고 핵심 장비를 선진국으로부터 구입 또는 기술을 도입 하고 있는 실정이다.
이러한 실시간 VoIP 서비스의 핵심은 데이터의 전송 시간을 최소화하여 오디오 서비스 품질(QoS, Quality of Service)을 보장해야 한다. 오디오 서비스 품질은 코덱 지연(Codec Delay), 에코(Echo), 패킷 손실(Packet Loss), 패킷지연(Packet Delay), 지터(Jitter), 도착순서의 변경 등에 의하여 영향을 받는다. 이중 패킷 전송 시간 지연 및 손실은 QoS에 큰 영향을 미친다. 실시간 다자간 오디오 서비스는 음성 데이터를 네트워크 기반에서 실시간으로 전송하여 여러 사용자가 음성 대화 서비스를 제공받는다. 이때 중요한 음성처리 모듈은 합성기와 변환기이다. 기존 오디오 합성기와 변환기는 프로세서 기반으로 구현되므로 순차적 수행과정으로 인해 처리 속도에는 한계가 있다. VoIP에서 오디오 서비스 품질은 다양한 환경에 의하여 영향받는데, 특히 오디오 패킷을 변환하고 합성하는 처리시간이 길어지면 오디오 서비스 품질을 보장할 수 없다. 다자간 실시간 회의나 군 통신망에서 데이터가 통신 도중 제삼자에게 유출 또는 침입으로 인한 송수신 데이터의 도청, 변조 및 위조에 대한 대책이 요구되고 있다.
본 논문에서는 위와 같은 문제점들을 해결하기 위한 두 가지 방법을 제안하였다. 첫 번째로 QoS를 보장 하기위한 방법으로 오디오 변환 모듈과 합성기 모듈을 고속의 병렬 처리가 가능한 FPGA 하드웨어로 설계하고, 오디오 신호 합성 및 패킷 구성을 고속 병렬 처리 방식으로 코딩하여 종단 간 처리 지연 최소화를 통한 오디오 서비스 품질 개선 방안을 제안하였다. 두 번째로 데이터 송·수신 시 AES -128 알고리즘을 적용한 암호화/복호화 기능 추가하여 보안 문제를 해결하는 방안을 제안하였다. 제안된 시스템을 적용하여 암호화/복호화 기능이 내장된 VoIP 다자간 오디오 시스템의 합성기와 음성 변환기 모듈을 구현하였으며, 기능 및 성능 평가를 수행하였다. 제안된 방안으로 설계한 시스템을 검증한 결과 패킷을 구성하는데 소요되는 시간은 RFC 3551(Request for Comments) 규격에서 제안된 20ms보다 훨씬 낮은 1.024ms 내에서 최대 256명의 참가자에 대한 오디오 신호를 합성하고 패킷을 구성할 수 있음을 확인하였다.