Объективная оценка качества передачи речи в IP сетях

В основу метода объективной оценки качества передачи речи в IPсетях поло­жена так называемая E-модель. Данная методика при оценке качества услуг в пакетной сети учитывает данные измерений характеристик терминалов и сетей.

На рис. 4.6 приведена структурная схема, поясняющая принцип метода E-модели.

Рис. 4.6 - Принцип метода E-модели

 

При создании E-модели было проведено большое число испытаний, в которых менялся уровень воздействия искажающих сетевых факторов на качество передачи речи. По результатам проводимых тестов были вычисления объективные оценки, которые использовались в E-модели.

Результатом вычислений в соответствии с E-моделью стало число, называемое R-фактором («коэффициент рейтинга»). Сопоставление значений R-фактора с оценками MOS показано в табл. 4.3 и на рис. 4.7.

Таблица 4.3

Оценка QoS на основе R-фактора и оценок MOS

Значение R-фактора	Категория качества и оценка пользователя	Значение оценки MOS
90< R< 100	Самая высокая (отлично)	4.34 - 4.50
80< R< 90	Высокая (хорошо)	4.03 - 4.34
70< R< 80	Средняя (приемлимо: часть пользователей оценивает качество как неудовлетворительное)	3.60 - 4.03
60< R< 70	Низкая (плохо: большинство пользователей оценивает качество как неудовлетворительное)	3.10 - 3.60
50< R< 60	Неприемлемая (не рекомендуется)	2.58 - 3.10

 

Рис. 4.7 - Зависимость между оценками MOS и R-фактором

 

В соответствии с E-моделью R-фактор определяется в диапазоне значений от 0 до 100, причем «100» соответствует самому высокому уровню качества.

При расчете R-фактора учитывались 20 параметров, основными из которых были:

- однонаправленная задержка;

- коэффициент потери пакетов;

- потери данных из-за перепол­нения буфера джиттера;

- искажения, вносимые при пре­образовании аналогового сигнала в цифровой и последующем сжатии (обработка сигнала в кодеках);

- влияние эхо.

Следовательно, E-модель и R-фактор могут быть использованы для объективной оценки качества передачи речи в IP-телефонии. После определения R-фактора можно вычислить соответствующие оценки MOS.

Расчет величины R-фактора начинается, когда искажения сигнала в канале не учитываются, а принимаются во внимание искажения, которые имеют место при преобразовании реальной речи в электрический сигнал (и обратно).

Теоретическое значение R-фактора уменьшается от 100 до 93, 2, что соответствует оценке MOS, равной «4, 4». Таким образом, при использовании E-модели оценка «4, 4» в системе MOS является максимально воз­можной оценкой качества речи в сети без искажений.

Изменение величины R-фактора в пределах от 0 до 93, 2 соответствует изменению оценок MOS в пределах от «1» до «4, 4». Значение R-фактора определяется по следующей формуле:

R = R_o - I_s - I_d – I_e+A, (4.6)

где R_o = 93, 2 - исходное значение R-фактора;

I_s - искажения, вносимые кодеками и шумами в канале;

I_d - искажения за счет суммарной сквозной задержки («из конца в конец») в сети;

I_e - искажения, вносимые оборудованием, включая и поте­ри пакетов;

А - называемый фактор преимущества.

Например, мобильные пользователи могут соглашаться с низким уровнем ка­чества, получая дополнительные удобства. В большинстве случаев расчета R-фактора параметр А принимается равным нулю.

 

Анализ факторов, влияющих на качество передачи речи

В пакетных сетях

При расчете R-фактора одна из составляющих - I_s, уменьшающая значение R-фактора, определяется иска­жениями, возникающими в ко­деке при пакетизации речевого сигнала.

Качество передачи речи в сетях с коммутацией пакетов в последние время значитель­но улучшено путем создания эф­фективных кодеков, обеспечи­вающих хорошую разборчивость речевого сигнала на приемном конце.

 

В состав этих методов входят:

- методы эффективного кодиро­вания речи;

- механизмы подавления пауз (механизм кодирования речи при прерывистой передаче, извест­ный как Voice Activity Detection, VAD);

- механизмы эхоподавления и эхо-компенсации;

- механизмы маскирования ошибок (packet loss concealment), обеспечивающие компенса­цию пробелов в речевом потоке, вызванных потерей отдельных пакетов.

В табл. 4.3 представлены характеристики кодеков, реализующих перечисленные выше механизмы повышения качества передачи речи в сетях с коммутацией пакетов.

Кодек G.711 представленных версий имеет скорость вы­ходного сигнала 64 кбит/с, преобразует аналоговый сигнал в цифровой с очень высоким качес­твом без применения операции сжатия. Однако, при этом требу­ется значительная пропускная способность по сравнению с ко­деками, в которых осуществляет­ся сжатие информации.

Низкоскоростные кодеки тре­буют существенно меньших зна­чений пропускных способностей, однако оказывают значительно большее влияние на качество речевого сигнала по сравнению с высокоскоростными кодеками.

 

Таблица 4.3

Типы и характеристики кодеков

Тип кодека	Скорость передачи, кбит/с	Длительность датаграммы, мс	Задержка пакетизации, мс	Полоса пропускания для двунаправленного соединения, кГц.	Задержка в буфере джиттера	Теоретическая максимальная оценка MOS
G.711U				174, 4	2 дейтаграммы, 40 мс	4, 4
G.711А				174, 4	2 дейтаграммы, 40 мс	4, 4
G.726-32				110, 4	2 дейтаграммы, 40 мс	4, 22
G.729				62, 4	2 дейтаграммы, 40 мс	4, 07
G.723µ	6, 3		67, 5	43, 73	2 дейтаграммы, 60 мс	3, 87
G.723А	5, 3		67, 5	41, 6	2 дейтаграммы, 60 мс	3, 69

 

Меньшая пропускная способ­ность означает, что можно орга­низовать большее число телефон­ных соединений по одному и тому же тракту, но при этом уменьша­ется разборчивость речи, возрас­тают задержки и качество речи становится более чувствитель­ным к потере пакетов.

Задержка доставки пакета оп­ределяется временем переноса пакета от источника до получа­теля. Время задержки меняется в зависимости от трафика в сети и доступных сетевых ресурсов, в частности, пропускной способ­ности, во время доставки.

Речь представляет собой трафик, чувствительный к задержке, тог­да как большинство приложений данных относительно устойчиво к задержке.

Если задержка доставки пакета превышает оп­ределенное значение, пакет от­брасывается. Поэтому, при большом числе отброшенных па­кетов качество речи ухудшается, что и отражено в формуле (4.6), где влияние задержки учтено через составляющую I_d. Необходимо определить, какая задержка допустима при пакетной передаче речи.

В результате исследований качес­тва речевого сигнала было установлено, что человек начинает чувствовать задержки речевого сигнала, превышающие 150 мс, и ощущает заметный дискомфорт, если задержка превышает 250 мс.

Позднее были проведены масштабные ис­следования влияния сетевой за­держки на качество телефонного разговора, в соответствии с которыми, рекомендуемый порог задержки при передаче речи по пакетной сети равен 150 мс. При задержке 300 мс разговор распадается на фрагменты, кото­рые невозможно связать в слит­ную речь.

Сквозная задержка доставки пакета D_d («из конца в конец») определяет­ся как сумма четырех составля­ющих:

D_d = D_p + D_nk+ D_nn + D_bd, (4.7)

где D_p - задержка распростране­ния: время прохождения электри­ческого сигнала в металлическом или волоконно-оптическом кабе­ле или в беспроводной среде. Это время зависит от физического расстояния между точкой входа и точкой выхода из сети;

D_nk - задержка пакетизации: время, которое необходимо за­тратить в кодеке для преобра­зования аналогового сигнала в цифровой и формирования па­кета.

Как видно из табл. 4.3, чем ниже скорость сигнала на выходе кодека, тем выше задержка пакетизации, поскольку кодек тра­тит больше времени на процес­сы компрессии и декомпрессии сигнала;

D_nn - задержка переноса па­кета: время прохождения пакета через все устройства сети, рас­положенные вдоль пути переда­чи пакета, включая маршрутиза­торы, шлюзы, сетевые экраны, обработчики трафика, сегменты сети с относительно малой про­пускной способностью в условиях перегрузки и т. д.

Для некоторых устройств, например, синхронных мультиплексоров, эта величина постоянна, для других, таких, как маршрутизаторы, задержка пе­реноса меняется с изменением нагрузки в сети;

D_bd - задержка на приемной стороне в буфере джиттера: бу­фер джиттера используется для уменьшения вариаций между моментами поступления пакетов на вход приемного устройства. Буфер может накапливать от од­ной до нескольких датаграмм.

В соответствии с данными табл. 4. 3 типичный буфер джиттера накап­ливает две датаграммы и задерж­ка D_bd составляет от 20 до 30 мс в зависимости от типа кодека.

Можно сделать вывод, что задержка рас­пространения, задержки в коде­ке и буфере джиттера являются постоянными величинами для выбранного пути передачи паке­та, тогда как задержка переноса - случайная величина, завися­щая от условий в сети в конкрет­ный момент времени.

На рис. 4.8 показано, как задержки влияют на R-фактор и показатели МОS.

Рис. 4.8 - Влияние суммарной задержки на оценки МОS

и величину R-фактора

 

Для описания случайных изменений между моментами поступления после­довательных пакетов речи в приемник используется термин «джиттер» (вариация задержки).

Если моменты прибытия речевых пакетов в пункт назначе­ния становятся нерегулярными, то это ведет к искажению звукового сигнала, и при больших значени­ях джиттера, превышающих не­сколько десятков мс, речь стано­вится неразборчивой.

Потери пакетов определяются как процент пакетов, не достав­ленных к месту назначения. При передаче пакетов по сети возможны следующие причины потери пакета:

- при перегрузке сети очереди в коммутаторах и маршрутиза­торах быстро растут. Если пе­регрузка сохраняется в течение длительного времени, то происхо­дит переполнение буферов и па­кеты теряются;

- при наличии ошибок в пакета данных они могут быть пере­даны повторно в соответствии с запросом приемной стороны, а повторная передача па­кетов речи увеличивает задержку пакетов сети. Поэтому при пакетной передаче речи пакеты с ошибка­ми сбрасываются.

Потери речевых пакетов не должны превышать 1% в среднем на достаточно большом временном интервале. При больших значениях коэффи­циента потерь в восстановленной на приемной стороне речи возни­кают разрывы.

Таким образом, можно сделать вывод, что метод, основанный на субъ­ективных оценках, ис­пользуемый в телефонных сетях, не учитывает влияние вероятностно-временных характеристик сетей на качество передачи речи в пакетных сетях.

Главной особенностью Е-модели является то, что этот метод учитывает большой набор факторов, отражающих воздействие оконечных устройств и транспортной среды на качестве обслуживания в пакетной сети. Поэтому метод определения R-факто­ра, основанный на использовании Е-модели, мо­жет рассматриваться, как общая модель для объективной оценки качества передачи речи.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. B передачи выходного вала компоненты
2. I, Верхние передачи мяча двумя руками — 15 мин,
3. I. Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки застройки.
4. I. РАЗВИТИИ ЛЕКСИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЯЗЫКА У ДЕТЕЙ С ОБЩИМ НЕДОРАЗВИТИЕМ РЕЧИ
5. I.3. ГОСУДАРСТВО И ОБЩЕСТВО : НЕДООЦЕНКА ВОСПИТАНИЯ
6. IV.Оценка полученных результатов
7. V) Построение переходного процесса исходной замкнутой системы и определение ее прямых показателей качества
8. V. ПУТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЧИ У ДЕТЕЙ
9. VI. Оценка Конкурсных заявок
10. VII. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МЫШЛЕНИЯ И РЕЧИ
11. А 47. Что из перечисленного стало последствием победы СССР над Японией в 1945 г.?
12. А. П. Петрова. «Сценическая речь» - Воспитание верных навыков сценической речи