Factori care influenteaza calitatea sunetului

Factori care influenteaza calitatea sunetului

Aplicatiile traditionale de retea si aplicatiile VoIP au cerinte diferite de performanta in retea. De exemplu, in timp ce aplicatia de transfer de fisiere foloseste spatiul larg al latimii de banda prin transmiterea de date cat de rapid posibil , aplicatiile VoIP consuma o latime de banda relativ mica, dar nu pot suporta intarzieri sau variatii. Chiar si atunci cand sunt in aceeasi retea, traficul de voce si traficul de date nu pot fi abordate intr-un mod similar:

Ø      au pachete de marimi diferite

Ø      sunt trimise la viteze diferite

Ø      sunt receptionate la destinatie in mod diferit

Desi un mesaj de posta electronica sau un transfer de fisiere pot fi intarziate cu o jumatate de ora fara sa atraga atentia cuiva, intarzieri de cateva sute de milisecunde pot pune in primejdie un apel VoIP. Si cand se foloseste VoIP in reteaua oricarei organizatii, intarzierile cauzate de alte aplicatii, rutere supraincarcate, sau comutatoare defecte sunt inevitabile.

Calitatea sunetului este influentata de codecul folosit , de intarziere, instabilitatea de scurta durata si de pierderea datelor.

Selectia codecului

Acronimul CODEC provine de la "compresor/decompresor"sau "codor/decodor". Un codec poate fi un dispozitiv sau un program care partitioneaza sunetul analog si il converteste in biti, care sunt transmisi cu un debit predeterminat.Adesea codecurile efectueaza compresia astfel incat sa economiseasca largimea de banda.

Desi exista mai multi algoritmi de compresie, cele mai multe echipamente H.323 de astazi utilizeaza codecuri ce au fost standardizate de ITU-T pentru o buna interoperabilitate intre producatorii de echipamente. Aplicatii ca NetMeeting utilizeaza protocolul H.245 pentru negocierea folosirii unui codec in concordanta cu preferintele utilizatorului si cu codecurile instalate. Diferitii algoritmi de compresie pot fi comparati folosind patru parametri :

Ø      Rata de compresie a vocii - codecurile compreseaza vocea de la 64 Kbps pana la o valoare mai scazuta. Unele proiecte de retea au o mare preferinta pentru codecurile cu rata scazuta (low-bit-rate codec). Cele mai multe codecuri pot folosi mai multe rate de compresie cum ar fi 8, 6.4 si chiar 5,3 Kbps. De notat ca aceasta rata este doar pentru audio. Cand se transmite vocea pachetizata peste retea, overhead-ul protocoalelor (ca de ex RTP/UDP/IP/ Ethernet) se adauga la varful acestei rate rezultand de fapt o rata mai mare.

Ø      Complexitatea - cu cat complexitatea implementarii in codec creste, cu atat mai multe resurse pentru calculator sunt necesare.

Ø      Calitatea vocii - compresia vocii in unele codecuri se face cu o calitate buna, in timp ce in altele calitatea vocii este mai proasta.

Ø      Intarzierea de pachetizare

Urmaorul tabel va compara cele mai des intalnite codecuri dupa cei patru parametri

Codecurile denumite G.711u si G.711a convertesc din analog in digital si invers cu o calitate relativa ridicata.Aproape tot ce inseamna digital de calitate ridicata implica mai multi biti,astfel aceste doua codecuri folosesc mai multa banda decat alte codecuri care au viteza mai mica.Astfel de codecuri care ofera compresii mai reduse , cum ar fi G726 ,G.729, sau cele din familia G.723.1 folosesc mai putin din banda retelei.Aceste codecuri deterioreaza calitatea sunetului foarte mult, deoarece ele fac compresisia sunetului cu "pierderi"-aceasta compresie pierde din informatia originala. Astfel se transmit mai putini biti, iar la receptie se face tot posibilul pentru a aproxima sunetul original, dar nu se poate reface cu fidelitate ridicata.

Mascarea pachetelor pierdute (PLC-Packet loss concealment ) este o noua caracteristica introdusa de codecurile G.711u sau G.711a.Aceasta tehnologie reduce sau mascheaza efectele pierderii de informatie in timpul unei conversatii telefonice.

Tehnologia PLC nu adauga intarzieri sau alte efecte care sa deterioreze convorbirea, dar face ca acest codec G.711 sa fie mult mai costisitor de realizat.Datorita costului sau , aceasta tehnologie este folosita relativ rar acum.

Intarzierea

Intarzierea introduce spatii goale in conversatie care , in cel mai bun caz , sunt doar enervante. In cel mai rau caz, poate determina ascultatorul sa inteleaga gresit deoarece foarte mult din intelesul vorbelor este transferat non-verbal, prin intermediul inflexiunii vocii, a tonului si a pauzelor din conversatie.

Intarzierea cap la cap este alcatuita din patru componente :

Ø      Intarzierea de propagare: timpul de traversare a retelei de la un cap la altul.Se bazeaza pe viteza luminii si pe distanta pe care semnalul trebuie sa o parcurga.

Ø      Intarzierea de transport: timpul necesar pentru a trece prin dispozitivele de retea de-a lungul traseului.Absolut toate dispozitivele introduc intarziere deoarece ele trebuie sa proceseze pachetul respectiv.

Ø      Intarzierea de pachetizare : timpul necesar codec-ului pentru a converti semnalul analog in semnal digital si a construi cadre-la sursa si apoi de a realiza operatia inversa la destinatie.

Ø      Intarzierea variatiei de amortizare: intarzierea introdusa de receptor daca detine una sau mai multe datagrame pentru a reduce variatiile timpilor de sosire.

Valoarea combinata a intarzierilor de propagare si a intarzierii de transport este denumita generic "intarziere de retea" sau "intarziere intr-o singura directie".

Multi ingineri de VoIP nu stiu cata intarziere e prea multa. ITU a condus studii asupra impactului pe care intarzierea il are asupra calitatii. Aceste studii au fost publicate drept recomandari G.114 ale ITU. Intarzieri mai mari de 150 ms determina o conversatie sa devina incomoda. Intarzierea de la un cap la cap afecteaza MOS-ul pentru fiecare codec in mod diferit. Codec-urile care folosesc putin compresia sau chiar deloc cum este G.711 pot tolera intarzieri mai mari inainte ca MOS-ul sa inceapa sa se scada.

Figura Efectul intarzierii cap la cap asupra MOS-ului

Variatia

Variatia de scurta durata, denumita si intarzierea de variatie, indica diferentele in timpii de sosire printre toate datagramele trimise in timpul unui apel VoIP.

Cand o datagrama este trimisa , expeditorul ii confera un timbru de timp care este plasat in antetul RTP. Cand este primita, destinatarul adauga alt timbru de timp. Aceste doua timbre sunt folosite pentru a calcula timpul de tranzit al pachetului . Daca timpii de tranzit pentru datagramele din cadrul aceluiasi apel sunt diferiti, apelul contine variatii. Intr-o aplicatie video, variatiile se manifesta printr-o imagine intermitenta , in timp ce in cadrul unui apel telefonic , efectul lor poate fi similar cu cel al pierderii de date: unele cuvinte pot lipsi sau sa fie trunchiate.

Daca timpul de tranzit este acelasi pentru toate datagramele, apelul nu contine variatii. Daca valoarea variatiilor depaseste 50 ms, MOS scade indicand o calitate proasta a convorbirii.Variatia ofera o masurare pe termen scurt a congestiei de retea si poate indica efectele de coada in cadrul retelei.

Telefoanele IP trimit datagrame de voce la un nivel constant bazat pe marimea datagramei codecului. Marimea datagramei reprezinta intervalul de timp de care are nevoie codecul pentru a construi o datagrama cu datele de voce pentru transmisie. Pentru a micsora impactul variatiei, telefoanele VoIP au de obicei un amortizor de variatie (memorie tampon). Amortizorul de variatie poate stoca una sau doua datagrame in acelasi timp si se poate adapta dinamic in functie de variatia urmarita. Pe masura ce datagramele ajung ele sunt plasate in memoria tampon , care le pastreaza cat este necesar pentru a le oferi codecului la o rata mai constanta. Daca o datagrama ajunge prea devreme sau prea tarziu, s-ar putea sa nu se potriveasca in amortizorul de variatie si sa fie socotita rebut.

Datagramele care sunt rejectate pentru ca nu se potrivesc cu amortizorul de variatie ajung la ascultator sub forma datelor pierdute. Si asa cum vom vedea in continuare, datele pierdute au un impact semnificativ asupra calitatii apelului.

Datele pierdute

Desi fiecare datagrama RTP contine un numar de secventa pentru a ajuta aplicatiile sa detecteze pierderile de date si datagramele care contin erori , nu exista destul timp pentru a retransmitere .Orice datagrama pierduta afecteaza calitatea semnalului audio.Atunci cand o datagrama este pierduta in timpul unei transmisii VoIP , putem pierde o silaba intreaga sau un cuvant.Pierderea de date este, astfel, un factor decisiv al calitatii apelui .

Pentru a masura pierderea de date, fiecare parte tine evidenta numarului de bytes de date trimisi.Transmitatorul ii comunica receptorului cati bytes se trimit, iar receptorul compara aceasta valoarea cu cea primita pentru a determina pierderea de date.

Doua profile diferite caracterizeaza pierderea de date.Cel mai simplu descrie o pierdere mai mult sau mai putin intamplatoare.Aceasta apare atunci cand exista o congestie generala si consistenta in retea, astfel incat una sau doua datagrame se pierd ocazional.Dar "exlozia de pierdieri" este cea care degradeaza caliatea in masura cea mai mare.O explozie se considera a fi atunci cand se pierde consecutiv mai mult de o datagrama.Ascultatorii nu observa imediat calitatea scazuta daca pierderea de datagrame este repartizata aleatoriu , cu doar cateva scapari.

Doua motive primare explica de ce datagramele RTP pot sa se piarda intr-o retea de date:

Ø      Este trafic prea mare, astfel incat datagramele sunt rebutate cand exista congestie

Ø      Avem o variatie de intarziere prea mare ( datagramele ajung prea devreme sau prea tarziu ) si astfel datagramele sunt rebutate.