Факторы влияющие на качество речи и выбор кодека

1.2 Факторы влияющие на качество речи и выбор кодека

Первостепенными факторами, определяющими качество голоса являются выбор аудиокодека, время задержки, джиттер и потери пакетов.

Аудиокодеки - важнейший элемент терминалов Н.323. Они позволяют уменьшить необходимую ширину голосового канала при сохранении требуемого качества речи. Различных схем сжатия достаточно много, но большинство устройств Н.323 используют кодеки, стандартизированные ITU. пользовательские приложения (например, NetMeeting) могут поддерживать необходимые кодеки, выбирая тот или иной посредством протокола Н.245.

Скорость оцифровки - определенная битовая скорость, до которой кодек сжимает голосовой канал 64 Кбит/с. Для большинство кодеков она составляют 6,4 и даже 5,3 Кбит/с. Однако следует иметь в виду, что это только скорость сжатия речи. При передаче пакетированного голоса по сети расчет потерь протоколов (например, RTP/UDP/IP/Ethernet) скорость, вплоть до скорости передачи данных.

Задержка имеет фиксированную и переменную составляющие. Фиксированная задержка определяется расстоянием, тогда как переменная зависит от меняющихся сетевых условий. Общая задержка складывается из различных компонентов. Рассмотрим наиболее значимые из них:

-Сетевая задержка вносится узловыми элементами сети VoIP. Для ее минимизации необходимо сократить число узлов сети на пути пакетов между абонентами. Некоторые провайдеры способны обеспечить задержки на своих сетях, не превышающие определенный уровень. Кроме того, для уменьшения сетевой задержки речевому трафику задают высший приоритет по отношению к нечувствительному к задержкам потоку данных.

-Задержка кодека вносится каждым алгоритмом сжатия. Например, G.723 добавляет фиксированную задержку в 30 мс. У других кодеков встроенная задержка может быть меньше, но при этом возможно снижение качества речи или увеличение требуемой полосы пропускания.

-Буфер компенсации джиттера также вносит свою задержку. Джиттером называют отклонения от средней задержки следования пакетов. Задержка может быть различной для каждого пакета, в результате чего, отправленные через равный интервал, они прибывают неравномерно, а то и не в исходной последовательности. Так как алгоритм декомпрессии требует фиксированного интервала между поступлением пакетов, в шлюзе необходим буфер компенсации джиттера. Он задерживает поступающие пакеты, чтобы передавать их устройству декомпрессии с заданным интервалом. Кроме того, он также фиксирует любые ошибки, контролируя номер последовательности в полях сообщений протокола RTP. Однако буфер компенсации зачастую вносит весьма значимую задержку. Его размер задают таким, чтобы буферизовать целое количество пакетов с учетом ожидаемого значения джиттера. Как правило, для каждого направления задержка буфера составляет 80 мс.

Выбор размера пакета также влияет на качество речи. Пакеты большого размера значительно уменьшают необходимую ширину полосы пропускания, но добавляют задержку пакетирования, так как передатчик тратит больше времени, чтобы заполнить пакет. "Накладные расходы" при пакетной передаче VoIP достаточно высоки. Рассмотрим сценарий, где голос сжимается до 8 Кбит/с, а пакеты посылаются каждые 20 мс. Таким образом, размер речевой информации в каждом пакете - 20 байт. Однако чтобы передать эти пакеты по RTP, к ним нужно добавить: заголовок Ethernet - 14 байт, заголовок IP - 20 байт, заголовок UDP - 8 байт и дополнительные 12 байт для RTP. В общей сложности 54 лишних байта, чтобы передать 20 байт голоса.

Основными механизмами обеспечения QoS (Quality of Service) являются: пакетная передача данных. NGN как сеть с коммутацией пакетов отвечает модели системы с ожиданием (ТфОП соответствует модели системы с потерей вызовов). Заявка, поступившая в момент занятости всех каналов, не покинет систему, а будет поставлена в очередь. Пакетизированный голос расходует полосу пропускания гораздо экономнее - при молчании абонентов информация не передается. Наличие «временного запаса». Временной запас (Тз) - это разница между критическим временем доставки информации к абоненту и реальным временем прохождения пакетов через сеть.

Временной запас Тз, который в традиционных сетях связи пренебрегается, в NGN оперативно предоставляется другим приложениям, что в целом благотворно сказывается на параметрах QoS /13/.

1.3 Расчёт числа пакетов от первой группы (телефония)

Рассчитаем число пакетов создаваемых пользователями телефонии, использующие выбранные ранее кодеки.

Рассчитаем параметры сети для двух кодеков соответственно варианту. При этом в секунду передаётся

, (кадров в секунду) (1.1)

Для G.711а

кадр/с (т.е. без сжатия)

G.729

 кадр/с (т.е. со сжатием)

Размер пакетизированных данных

h_j = V_j·T_PDU (1.2)

где V_j, - скорость кодирования, байт/с;

Т _PDU -длительность одной речевой выборки (длительность пакета).

Рассчитаем V_j - скорость кодирования, байт/с; h_j - размер пакетизированных данных для двух выбранных согласно варианту кодеков (индекс j соответствует 1-первый кодек без сжатия, 2- второй кодек со сжатием).

При использовании кодека скорость кодирования

V_j = R_GJ/8 , (байт/с) (1.3)

Для G.711а

байт/с (т.е. без сжатия)

G.729

байт/с (т.е. со сжатием)

Следовательно, h₁ = 8000 ·20·10^-3=160 байт (т.е. без сжатия)

h₂ = 1000 ·20·10^-3=20 байт (т.е. со сжатием)

Для определения размера пакета необходимо учесть заголовки:

-  IP - 20 байт;

-  UDP - 8 байт;

-  RTP - 12 байт.

Суммарный размер пакета для кодека без сжатия

р_ΣП = р_о+ Шз + ГВЗ+ КЕЗб байт (1ю4)

h_ΣG1 = 160 + 20 + 8+ 12=200 байт (т.е. без сжатия)

h_ΣG2 = 20 + 20 + 8+ 12=60 байт (т.е. со сжатия)

Для определения числа пакетов, генерируемых первой группой абонентов, необходимо учесть их долю в общей структуре пользователей, количество вызовов в час наибольшей нагрузки, среднюю длительность разговора.

Т_1о = т_до∙е_о∙а₁∙π₁∙Т (1ю5)

где N_1j, - число пакетов, генерируемое первой группой пользователей в час наибольшей нагрузки;

n_1j- число пакетов, генерируемых в секунду одним абонентом;

t₁ - средняя длительность разговора в секундах для первой группы

абонентов;

f₁ - число вызовов в час наибольшей нагрузки для первой группы

абонентов;

π₁ - доля пользователей группы 1 в общей структуре абонентов;

N - общее число пользователей.

N₁₁ = 50∙120∙4∙0,6∙3200=4,608·10⁷ (т.е. без сжатия)

N₁₂ = 50∙120∙4∙0,6∙3200=4,608·10⁷ (т.е. со сжатием)