Czynniki wpływające na jakość telefonii IP

Usługi VoIP, których sukces kwestionowano jeszcze kilka lat temu głównie ze względu na słabą jakość dźwięku, wywalczyły obecnie znaczącą pozycję wśród rozwiązań telekomunikacyjnych. Na potrzeby telefonii VoIP wykorzystywane są sieci IP, oferujące transmisję o charakterze best-effort (najlepszą możliwą). Nie gwarantują one spełnienia ostrych wymagań wrażliwego na jakość transmisji przekazu głosu. To właśnie końcowa jakość połączenia decyduje o popularności lub klęsce danego rozwiązania telekomunikacyjnego.

Usługi VoIP, których sukces kwestionowano jeszcze kilka lat temu głównie ze względu na słabą jakość dźwięku, wywalczyły obecnie znaczącą pozycję wśród rozwiązań telekomunikacyjnych. Na potrzeby telefonii VoIP wykorzystywane są sieci IP, oferujące transmisję o charakterze best-effort (najlepszą możliwą). Nie gwarantują one spełnienia ostrych wymagań wrażliwego na jakość transmisji przekazu głosu. To właśnie końcowa jakość połączenia decyduje o popularności lub klęsce danego rozwiązania telekomunikacyjnego.

Na jakość połączeń głosowych wpływ ma kilka czynników. Jedne zależne są od mechanizmów wykorzystywanych przez technologię VoIP - zastosowany kodek, mechanizmy przeciwdziałające utratom pakietów (np. PLC - Packet Loss Concealment), przekłamaniom w transmisji (np. FEC - Forward Error Correction), dynamiczny lub statyczny bufor jitter. Drugą grupą czynników decydujących o poziomie usługi VoIP są parametry zależne od transmisji IP: straty pakietów, opóźnienia oraz jitter.

Czynniki degradujące jakość

Odmienne parametry w różnym stopniu degradują jakość dźwięku. Ich wpływ na jakość głosu jest uzależniony od podatności na nie stosowanego kodeka.

Jakość głosu najbardziej degradują straty pakietów. Generalnie, im kodek o większej częstotliwości próbkowania i wymaganiach pasma, tym mniejsza wrażliwość na straty pakietów.

Opóźnienia powodują, że rozmówcy tracą poczucie interakcyjności konwersacji. Przy dużych opóźnieniach występuje wrażenie prowadzenia rozmowy w trybie półdupleksu, jak w walkie-talkie. Dodatkowo, jeżeli nie jest usuwane echo, to rozmówca słyszy swój głos powtórzony, z przesunięciem czasowym.

Czynniki wpływające na jakość telefonii IP

Standardy kodowania oraz ich wymagania

Pakiety dostarczone ze zbyt dużym opóźnieniem lub o znacznej fluktuacji opóźnień (jitter) są odrzucane w procesie rekonstrukcji dźwięku przez odbiorcę i tym samym mogą być postrzegane jako strata pakietów. Na opóźnienia transmisji głosu wpływ mają: algorytm kodowania, kolejkowanie, serializacja, propagacja sygnału w sieci oraz rozmiar buforu jitter po stronie odbiorcy.

Nadmierny jitter powoduje, że dźwięki są odtwarzane ze zmiennym tempem. Stosowanie bufora pakietów po stronie odbiorczej niweluje jego wpływ.

Wyznaczając budżet opóźnienia VoIP, należy uwzględnić:

  • opóźnienia mechanizmu VAD (Voice Activity Detection) - 2-10 ms

  • kodeka (konwersja do postaci cyfrowej, kompresja) - od 125 µs do 30 ms

  • pakietyzacji - 1-30 ms

  • czasu transmisji przez sieć

  • depakietyzacji - 1-30 ms

  • buforu jittera - 20-50 ms

  • kodeka (dekompresja i złożenie dźwięku) - od 125 µs do 30 ms.

Poprawa jakości

Dobór kodeka

Czynniki wpływające na jakość telefonii IP

Skala ocen jakości przesyłanej mowy - MOS (ITU-T P.800)

Większość dostępnych produktów potrafi samodzielnie dobierać sobie kodeki w zależności od bieżących parametrów sieci. W rozwiązaniach ze sprzętową centralą IP PBX to zwykle ona podejmuje decyzję o rodzaju kodeka, natomiast w pozostałych sytuacjach wybór leży po stronie oprogramowania klienta. Typowa analogowa sieć telefoniczna przekazuje głos o jakości 3,3 kHz. Przy dobrych parametrach sieci pakietowej można stosować kodeki oferujące częstotliwość 7 kHz.

Wykrywanie ciszy

Mechanizm wykrywania ciszy VAD (Voice Activity Detection) lub raczej wykrywania aktywności rozmówcy powoduje, że dźwięki transmitowane są tylko w momencie wypowiadania zdań, pomijając momenty ciszy. Przynosi to oszczędność pasma średnio rzędu 30-40%.

Bufor jitter

Pakiety po dotarciu do odbiorcy kolejkowane są w buforze jitter (playout buffer). Ma to na celu wygładzenie powstałej podczas transmisji fluktuacji opóźnień. Stosowane są bufory statyczne lub oferujące lepszą jakość bufory dynamiczne. To bufor decyduje o szybkości odtwarzania poszczególnych pakietów, rozciągając w razie konieczności ich trwanie w czasie. Zapobiega to przerywaniu mowy, gdy dany pakiet ma większe opóźnienie.

Usuwanie echa

Echo powstaje w wyniku wychwycenia przez mikrofon i przekazania z powrotem do nadawcy odebranych dźwięków. Jest ono bardziej zauważalne, przy większych wartościach opóźnienia. Aby zapobiec niekorzystnym zjawiskom, układy przetwarzające dźwięk powinny przeprowadzać redukcję echa (echo cancellation) oraz tła dźwiękowego - ITU-T G.168.

Generacja szumu

W momentach, w których mechanizm VAD wykrywa brak aktywności rozmówcy, nie są transmitowane dźwięki i w słuchawce odbiorcy zapada cisza. Aby nadać bardziej naturalny charakter rozmowy, oferowana jest funkcja CNG (Comfort Noise Generation) imitująca naturalne szumy tła dźwiękowego rozmówcy.

Serializacja

Czynniki wpływające na jakość telefonii IP

Mechanizm pomiaru jakości wykorzystywany przez PSQM, PAMS

W sieciach transmitujących wspólnie dane i głos zdarza się, że niewielki pakiet z dźwiękiem musi oczekiwać na zakończenie przesyłania dużego pakietu danych. Mechanizm serializacji dzieli duże pakiety na mniejsze, niepowodujące zbyt dużych opóźnień, udrażniając sieć. Umożliwia to szybszą obsługę pakietów dźwiękowych i danych.

Oddzielna sieć

Doświadczenie pokazuje, że jednoczesne przesyłanie rozmów i danych w tej samej sieci jest niekorzystne dla tych pierwszych, poprzez zwiększenie strat pakietów i jitter. Aby rozdzielić obciążenie sieci pomiędzy danymi a głosem, można tworzyć dedykowane sieci VLAN.

Projektując wymaganą przepustowość, nie trzeba uwzględniać ruchu generowanego przez protokoły sygnalizacyjne (SIP, H.323), gdyż ma on niewielkie wymagania.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200