표제지
Abstract
요약
목차
제1장 서론 20
1.1. 연구 배경 20
1.2. 연구 목적 23
1.3. 연구 범위 23
제2장 관련 연구 25
2.1. VoIP 개요 25
2.1.1. VoIP 구성 요소 27
2.1.2. VoIP 주요 프로토콜 28
2.2. VoIP 오디오 품질 요소 34
2.2.1. 오디오 품질의 명확성(Clarity) 34
2.2.2. 지연 (Delay) 36
2.2.3. 반향 (Echo) 40
2.3. VoIP 서비스에서 음성품질 평가 41
2.3.1. MOS(Mean Opinion Score) 41
2.3.2. PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality) 42
2.3.3. E-Model 42
2.4. VoIP 기반 다자간 오디오 시스템 47
2.4.1. 다자간 연결을 위한 미디어 구조의 종류 47
2.4.2. 일반적인 다자간 오디오 시스템 50
2.4.3. 다자간 실시간 음성 시스템의 처리 지연 개선 방안 52
2.5. 암호화 시스템 개요 55
2.5.1. 대칭키(비밀키) 암호 시스템 57
2.5.2. 비대칭키(공개키) 암호 시스템 61
제3장 오디오 합성 시스템의 설계 및 구현 64
3.1. 시스템 개요 64
3.2. 오디오 합성기(Audio Mixer) 모듈 설계 65
3.2.1. 보드 설계 65
3.2.2. 합성기 모듈 설계 67
3.3. 오디오 변환기(Audio Converter) 모듈 설계 68
3.3.1. 보드 설계 68
3.3.2. 변환기 모듈 설계 70
3.4. 암호화 알고리즘 설계 71
3.4.1. AES 암호화 알고리즘 71
3.4.2. AES 암호화 알고리즘 연산 74
3.5. 시스템 구현 82
3.5.1. 하드웨어 보드 구현 83
3.5.2. 오디오 합성기 모듈 구현 85
3.5.3. 오디오 변환기 모듈 구현 90
3.5.4. 암호화/복호화 모듈 구현 92
제4장 오디오 합성 시스템 검증 94
4.1. 모듈 시험 및 검증 방법 94
4.1.1. 오디오 합성 시스템 시험 치구 94
4.1.2. 시스템 검증 방법 95
4.2. 모듈별 시험 및 검증 98
4.2.1. 오디오 합성기 시험 및 성능 98
4.2.2. 오디오 변환기 시험 및 성능 109
4.2.3. 암호화 모듈의 기능 시험 및 분석 117
4.3. 제안한 시스템의 성능 분석 122
제5장 결론 124
참고문헌 126
[표 2.1] H.323과 SIP 비교 29
[표 2.2] H.323 구성 요소 29
[표 2.3] 페이로드 타입 별 오디오 포맷 32
[표 2.4] 페이로드 타입 별 비디오 포맷 33
[표 2.5] 음성 부호화기에서 발생하는 지연 37
[표 2.6] 단방향 지연 전체 예상 시간 39
[표 2.7] MOS 평가 등급 41
[표 2.8] 코덱 지연(Tcodec)[이미지참조] 46
[표 2.9] 네트워크 방식에 따른 특징 49
[표 3.1] 오디오 합성기 보드 사용 칩 사양 67
[표 3.2] 오디오 합성기 시스템의 기능 68
[표 3.3] 오디오 변환기 보드 사용 칩 사양 69
[표 3.4] 오디오 변환기 모듈의 기능 71
[표 3.5] 키와 블록 길이에 따른 반복 라운드 수 72
[표 3.6] 각 라운드를 위한 워드 81
[표 3.7] Round trip Delay parameter 87
[표 3.8] 44.1KHz Data 전송 샘플 수에 따른 Round Trip Delay 비교 88
[표 4.1] 시험 치구 보드 사용 칩 사양 95
[표 4.2] 성능 시험을 위한 시험 장비 96
[표 4.3] 시험 분류 및 항목 98
[표 4.4] 데이터 처리 시간 비교 123
[그림 2.1] VoIP 망의 구성 26
[그림 2.2] VoIP 시스템 구성 요소 27
[그림 2.3] RTP 패킷 헤더 31
[그림 2.4] VoIP Network에서 종단간 지연 36
[그림 2.5] Jitter 개념 38
[그림 2.6] 종단간 지연에 따른 음성 통화 품질 40
[그림 2.7] 통합 E-Model의 구조 44
[그림 2.8] 네트워크 지연 45
[그림 2.9] RTCP를 활용한 지연 계산 45
[그림 2.10] RTP를 이용한 지터 계산 46
[그림 2.11] Mesh Networking 48
[그림 2.12] SFU 방식 48
[그림 2.13] MCU 방식 49
[그림 2.14] MCU Audio Engine on star-topology network 51
[그림 2.15] A Typical IP based Conferencing System with RTP 52
[그림 2.16] Processor 처리 방식과 FPGA 처리 방식 비교예시 54
[그림 2.17] 암호화 알고리즘 분류표 57
[그림 2.18] 비밀키 암호 알고리즘 58
[그림 2.19] 공개키 암호 알고리즘 62
[그림 3.1] 오디오 합성 시스템 64
[그림 3.2] 음성 입력 및 합성 65
[그림 3.3] 합성 후 음성 출력 65
[그림 3.4] 오디오 합성기 하드웨어 보드 설계 블록도 66
[그림 3.5] 오디오 합성기 시스템 구성도 67
[그림 3.6] 오디오 변환기 하드웨어 보드 설계 블록도 69
[그림 3.7] 오디오 변환기 모듈 구성도 70
[그림 3.8] State 구조 72
[그림 3.9] AES 알고리즘의 암호화 및 복호화 과정 73
[그림 3.10] SubByte 연산 75
[그림 3.11] S-Box 76
[그림 3.12] Inverse S-Box(wiki) 76
[그림 3.13] ShiftRows 연산 예 77
[그림 3.14] InvShiftRow 연산 예 77
[그림 3.15] MixColumns 연산 예 79
[그림 3.16] AddRoundKey 연산 예 80
[그림 3.17] Key Expansion 방법 81
[그림 3.18] Key expansion 연산 82
[그림 3.19] 전체 하드웨어 구성 83
[그림 3.20] 보드 회로도 84
[그림 3.21] 오디오 합성기 보드 구현 84
[그림 3.22] 오디오 변환기 보드 구현 85
[그림 3.23] MicroBlaze 사용량 85
[그림 3.24] 오디오 합성기 모듈 블록도 86
[그림 3.25] Audio Stream Round Trip Delay 예측 모델 87
[그림 3.26] 오디오 스트림 전송주기에 따른 Round Trip Delay 예상 88
[그림 3.27] 오디오 스트림 합성기 구조 90
[그림 3.28] 오디오 변환기 모듈 블록도 91
[그림 3.29] (a) ADC 변환 블록, (b) DAC 변환 블록 91
[그림 3.30] AES-128 암호화/복호화 알고리즘 검증 소프트웨어 92
[그림 3.32] 원문과 key를 이용한 암호화 93
[그림 3.32] 임의의 key로 복호화 93
[그림 3.33] 전달받은 key로 복호화 93
[그림 4.1] 오디오 합성기 테스트 블록 94
[그림 4.2] 오디오 변환기 테스트 블록 95
[그림 4.3] 기능 시험을 위한 연결도 96
[그림 4.4] 오디오 합성기 성능시험을 위한 연결도 97
[그림 4.5] 오디오 변환기 성능시험을 위한 연결도 97
[그림 4.6] LACP 비활성화 99
[그림 4.7] LACP 활성화 99
[그림 4.8] 오디오 합성기와 스위치장비의 이더넷 포트별 LACP 패킷 확인 99
[그림 4.9] Delay Request 메시지와 Delay Response 메시지 수신 확인 100
[그림 4.10] HEART BEAT 메시지 처리 101
[그림 4.11] RESET 메시지 처리 101
[그림 4.12] INIT 메시지 처리 102
[그림 4.13] USER 메시지 처리 102
[그림 4.14] ICMP(PING) 확인 102
[그림 4.15] ALIVE 메시지에 대한 ACK 수신 103
[그림 4.16] SET Network 메시지에 대한 ACK 확인 104
[그림 4.17] ICMP(PING) 확인 105
[그림 4.16] 오디오 신호의 입출력 측정 106
[그림 4.19] 시험 측정 시간 107
[그림 4.20] 시험에 사용된 테스트 패킷 종류 107
[그림 4.21] Throughput 측정결과 108
[그림 4.22] BER 성능시험 결과 108
[그림 4.23] ALIVE 메시지 처리 확인 109
[그림 4.24] SET_NETWORK 메시지 처리 110
[그림 4.25] ICMP(PING) 확인 111
[그림 4.26] HEART BEAT 메시지 처리 111
[그림 4.27] RESET 메시지 처리 112
[그림 4.28] INIT 메시지 처리 112
[그림 4.29] 시간 동기화 측정 리포트 113
[그림 4.30] 입출력 제어 명령 처리 114
[그림 4.31] 제어 메시지 전송 전 114
[그림 4.32] 제어 메시지 전송 후 115
[그림 4.33] 시험 측정 시간 116
[그림 4.34] 시험에 사용된 테스트 패킷 종류 116
[그림 4.35] Throughput 측정결과 116
[그림 4.36] BER 성능 시험 결과 117
[그림 4.37] 암호화 데이터 및 키값 118
[그림 4.38] 암호화 데이터 확인 119
[그림 4.39] 복호화 데이터 및 키값 119
[그림 4.40] 복호화 데이터 확인 120
[그림 4.41] 오디오 합성기와 오디오 변환기의 암호화가 비활성화된 상태에서의 오디오 변환기 입·출력 파형 121
[그림 4.42] 오디오 합성기의 암호화 설정 후 오디오 변환기 입·출력 파형 121
[그림 4.43] 데이터 처리 시간 122
수식 2.1. [제목없음] 43
수식 2.2. [제목없음] 44
수식 2.3. [제목없음] 44
수식 2.4. [제목없음] 45
수식 2.5. [제목없음] 45
수식 2.6. [제목없음] 46
수식 2.7. [제목없음] 46
수식 2.8. [제목없음] 47
수식 2.9. [제목없음] 52
수식 2.10. [제목없음] 55
수식 2.11. [제목없음] 55
수식 2.12. [제목없음] 58
수식 2.13. [제목없음] 62
수식 2.14. [제목없음] 62
수식 3.1. [제목없음] 74
수식 3.2. [제목없음] 75
수식 3.3. [제목없음] 75
수식 3.4. [제목없음] 78
수식 3.5. [제목없음] 78
수식 3.6. [제목없음] 78
수식 3.7. [제목없음] 78
수식 3.8. [제목없음] 78
수식 3.9. [제목없음] 78
수식 3.10. [제목없음] 79
수식 3.11. [제목없음] 79
수식 4.1. [제목없음] 123