d. Trễ đệm/gúi hoỏ H.323
3.3 Một số cụng nghệ đo kiểm chất lượng thoại hiện nay
Theo phương phỏp truyền thống, đo kiểm chất lượng thoại liờn quan tới việc so sỏnh cỏc dạng súng trờn màn hỡnh, đo kiểm tỉ lệ tớn hiệu trờn tạp õm và tổng mộo hài (THD) giữa chỳng. Những phương phỏp này cựng cỏc phương phỏp đo kiểm tuyến tớnh khỏc chỉ thực sự hữu dụng trong một số trường hợp nhất định do chỳng quan niệm rằng những biến đổi trong dạng súng tớn hiệu thoại đại diện cho những tớn hiệu mộo khụng mong muốn. Những phương phỏp này cũng giả định rằng cỏc kờnh điện thoại về bản chất là tuyến tớnh. Tuy nhiờn trong cỏc mạng VoIP cũng như cỏc mạng thoại gúi khỏc, đặc biệt là khi sử dụng cỏc bộ mó húa - giải mó (Codec) tốc độ bớt thấp như G.729 và G.723, cả việc bảo toàn dạng súng cũng như tớnh tuyến tớnh của kờnh thoại đều khụng được giả định. Cỏc bộ Codec này cố gắng tỏi tạo lại õm thanh chủ quan của tớn hiệu hơn là hỡnh dạng của dạng súng õm thoại. Như đó trỡnh bày, bản chất chuỗi và nhạy cảm với thời gian của cỏc mạng chuyển mạch gúi yờu cầu cần phải cú cỏc phương phỏp đo kiểm khỏc thớch hợp hơn. Cuối cựng do tớnh quan trọng ngày càng cao của chỳng, chất lượng hoạt động của cỏc bộ hủy tiếng vọng, phỏt hiện sự tồn tại của thoại (VAD) và cỏc quỏ trỡnh khỏc cần phải được đo kiểm một cỏch trực tiếp.
Để phõn tớch xem liệu một mạng IP cú thể hỗ trợ VoIP hay khụng thỡ phải đỏnh giỏ tớnh hiệu quả QoS của mạng đú. Đặc biệt, những vấn đề cần quan tõm sẽ như sau:
- Mạng cú thể phõn biệt lưu lượng VoIP với cỏc loại lưu lượng khỏc như thế nào ?
- Trong trường hợp tắc nghẽn mạng, tỷ lệ mất gúi của thoại như thế nào so với dữ liệu ?
- Thời gian trễ trung bỡnh mà cỏc gúi thoại phải chịu là bao nhiờu ? - Jitter trung bỡnh bằng bao nhiờu ?
Hàng loạt cỏc phộp đo thử sau đó được thiết kế để nghiờn cứu phẩm chất của cỏc hệ thống ưu tiờn hoỏ chung trong cỏc bộ định tuyến. Hỡnh 2-13 trỡnh bày cấu hỡnh đo thử.
Mạng IP đang đợc đo thử
Bộ định Tuyến nối tiếp vận hành PPP Bộ định
tuyến Băng thông = 500 kbps tuyến
10 Mbps 10 Mbps
Ethernet SmartBits chạy Ethernet
chớng ngại
Hỡnh 3.4 : Cấu hỡnh đo thử QoS.
Sử dụng thiết bị Smartbits, nhiều luồng lưu lượng đó được xỏc định và được "tiờm" vào mạng IP. Cỏc luồng lưu lượng này đại diện cho cỏc loại tải khỏc nhau. Chỳng chỉ khỏc nhau ở địa chỉ IP, cỏc số hiệu cổng, kớch thước cỏc gúi hoặc tổ hợp của cỏc yếu tố này. Bằng việc quan sỏt đầu ra của mạng IP, ta cú thể quyết định phải xử lý cỏc lưu lượng khỏc nhau như thế nào. Do vậy, băng thụng của một kết nối liờn tiếp đó được cấu hỡnh là 500 kbps. Do lưu lượng đi tới từ một cửa Ethernet 10 Mbps cho nờn tắc nghẽn bắt đầu xảy ra khi tải đầu vào vượt quỏ khoảng 6% (điểm tắc nghẽn thay đổi tuỳ thuộc vào kớch thước gúi). Chẳng hạn, bằng việc sử dụng cỏc gúi kớch thước 200 byte - bao gồm cả phần mào đầu và FCS - tốc độ gúi tối đa trờn mạng Ethernet 10 Mbps sẽ là 5682 gúi/s. Nếu tải là 6%, tốc độ khung sẽ là 341 gúi/s. Bằng việc sử dụng giao thức đúng gúi PPP trờn một tuyến nối WAN, tốc độ bit sẽ là 573 kbps chỉ hơi vượt ra ngoài dung lượng của tuyến. Điểm tắc nghẽn sẽ xuất hiện ngay khi cỏc khung dài hơn được sử dụng). Nếu băng thụng WAN đó thay đổi, điểm tắc nghẽn cũng cú thể thay đổi.
Abacus
PRA PRA
Phần mềm IP
Bộ định tuyến Bộ định tuyến với mođun thoại với mođun thoại
Router Router
Hỡnh 3.5: Cấu hỡnh chướng ngại
Trong việc đỏnh giỏ chất lượng sản phẩm thoại, việc đo thử để biết mỗi sản phẩm xử trớ như thế nào đối với cỏc chướng ngại là điều tương đối quan trọng. Hỡnh 2-14 trỡnh bày cấu hỡnh đo thử cho cỏc phộp đo thử sau. Một mỏy tớnh chạy phần mềm IP với hai NIC Ethernet đúng vai trũ một bộ định tuyến "khụng hoàn hảo". Nú gửi lưu lượng từ một đoạn này tới một đoạn khỏc trong điều kiện cú thời gian trễ, cú mất khung và cú sự biến thiờn độ trễ, nhưng cú thể điều khiển chỳng. Một mỏy tớnh Abacus được sử dụng để khởi tạo cỏc cuộc gọi, tạo ra đầu vào thoại và đo chất lượng đầu ra thoại tại đầu kia.
Phần mềm IP đó được cấu hỡnh với độ mất khung 0%, 1% và 3%. Cỏc chuẩn G.711 và G.729 được sử dụng tại Gateway để khảo sỏt xem mỗi thuật toỏn mó húa cú thể đối phú như thế nào với việc mất khung.
Bảng 3.6 : Kết quả PSQM với cỏc tỉ lệ mất khung khỏc nhau.
Thuật toỏn mó Mất PSQM
húa khung Nhỏ nhất Trung bỡnh Lớn nhất
0% 0 0 1,6 G.711 1% 0 0,4 2,4 3% 0 1,0 2,9 0% 0,7 0,8 2,3 G.729 1% 0,7 1,3 2,9 3% 0,8 1,9 3,0
Với 0% mất khung, G.711 cú một điểm PSQM bằng 0 biểu thị mộo tớn hiệu rất ớt hoặc khụng cú mộo. Với G.729, do tốc độ bit là 8 kbps, nú đưa vào một độ mộo tớn
hiệu nào đú ngay cả khi khụng cú mất khung. Tuy nhiờn, ảnh hưởng của mất khung tới cả hai thuật toỏn mó húa là cú thể so sỏnh được. Mất khung 1% làm cho một PSQM tăng lờn 0,4 đối với G.711 và 0,5 đối với G.729. Tương tự như vậy mất khung 3% làm PSQM tăng lờn 1 và 1,1 tương ứng cho G.711 và G.729.
Cũng cỏc phộp đo thử như vậy được lặp lại một lần nữa, lần này sẽ khụng cú mất khung bởi vỡ cỏc chướng ngại do trễ khỏc nhau được đưa vào. Đầu tiờn, cú thời gian trễ 50 ms, và cuối cựng sử dụng một Jitter 100 ms. Bảng 3.7 túm lược cỏc kết quả:
Bảng 3.7 : Kết quả đo thử.
Thuật toỏn Mất khung PSQM
mó húa Nhỏ nhất Trung bỡnh Lớn nhất 50 ms 0 0,3 1,3 G.711 50 ms jitter 0 0,2 2,2 100 ms jitter 0 0,6 2,8 50 ms 0,7 0,8 2,2 G.729 50 ms jitter 0,7 0,9 2,7 100 ms jitter 0,7 1,3 2,8
Cỏc kết quả đo thử này cho thấy trễ 50 ms và Jitter 50 ms cú tỏc động nhỏ nhất tới điểm số PSQM (mặc dự trong phộp tớnh điểm PSQM tiờu chuẩn khụng tớnh đến tỏc động của độ trễ). Jitter 100 ms làm tăng 0,3 và 0,5 điểm tương ứng cho G.711 và G.729. Cần giải thớch rừ điều này để chỉ ra rằng cỏc bộ định tuyến đó buộc phải cho phộp mất một số khung cũng khụng tạo ra thời gian trễ quỏ lớn bởi đó bự đầy cho Jitter.
3.3.1 Đo kiểm độ trung thực
3.3.1.1 MOS
Do bản chất khỏch quan cố hữu của việc đo kiểm chất lượng thoại, một phương phỏp đo kiểm tự nhiờn dựng để xỏc định chất lượng thoại đú là sử dụng một số lượng lớn người nghe đỏnh giỏ chất lượng thoại như là một phần của quỏ trỡnh đo kiểm được điều khiển tốt và xỏc định rừ ràng. Lợi ớch của phương phỏp này đú là đỏnh giỏ độ trung thực cú được trực tiếp từ từng cỏ nhõn đó sử dụng điện thoại. Một lợi ớch khỏc đú là giỏ trị thống kờ cú được từ rất nhiều cỏc đỏnh giỏ viờn. Trờn thực tế
cú một phương phỏp đó được sử dụng trong nhiều năm nay đú là MOS được miờu tả trong chuẩn P.800 của ITU-T.
Bảng 3.8 : MOS của cỏc chuẩn mó húa
Chuẩn mó húa MOS
G.711 4,1 (64 kbps) G.726 3,85 (32 kbps) G.728 3,61 (15 kbps) G.729 3,92 (8 kbps) G.723.1 MP-MLQ 3,9 (6,3 kbps) G.723.1 ACELP 3,65 (5,3 kbps)
Mặc dự cú những lợi thế hết sức rừ ràng, MOS cú một điểm khỏc biệt và một bất lợi đỏng quan tõm: đú là nú đũi hỏi phải tốn nhiều thời gian cũng như nỗ lực. Tập hợp hàng chục hay thậm chớ hàng trăm người nghe tại một phũng thớ nghiệm đo kiểm chất lượng thoại để đỏnh giỏ chất lượng của một bộ sản phẩm thiết bị điện thoại hay phần mềm dường như khụng phải là một phương phỏp hiệu quả nhất. Những điều kiện của cuộc thử nghiệm phải được giỏm sỏt và điều khiển một cỏch chặt chẽ, kết quả đo phải được phõn tớch một cỏch kỹ lưỡng và toàn bộ quỏ trỡnh này cần phải được lặp lại khi cú thiết bị mới hay phương phỏp mó hoỏ thoại mới được phỏt triển. Do đú, làm sao để độ trung thực cú thể được đo kiểm theo một phương phỏp cú thể lặp lại, khỏch quan, và với một chi phớ hợp lý?
3.3.1.2 PSQM
Một trong những phương phỏp đú là PSQM, được miờu tả rừ trong khuyến nghị P.861 của ITU-T. éầu tiờn được thiết kế để đỏnh giỏ cỏc bộ mó húa - giải mó thoại, thuật toỏn PSQM đưa ra một phương phỏp mà qua đú tớn hiệu thoại trong băng tần từ 300-3400 Hz cú thể được đo kiểm một cỏch khỏch quan cho mộo, ảnh hưởng của tạp õm, và tớnh trung thực toàn cục trong nghe hiểu. Như vậy hiểu một cỏch đơn giản, PSQM là một người nghe tự động.
PSQM đỏnh giỏ chất lượng của cỏc tớn hiệu thoại theo cựng cỏch mà cỏc bộ Codec mó hoỏ và giải mó tớn hiệu thoại thực hiện. Nú xỏc định xem khi nào thỡ một tớn thoại riờng biệt bị mộo dựa trờn quan điểm của người nghe, khi nào thỡ cảm thấy khú chịu và khú hiểu với một tớn hiệu mộo. éể làm được điều này, PSQM sử dụng một tớn hiệu thoại rừ ràng và so sỏnh nú với một phiờn bản mộo ớt hơn hoặc nhiều hơn với phương phỏp trọng số phức (complex weighting) quan tõm tới yếu tố quan trọng
trong nhận thức õm thoại là gỡ, vớ dụ như sinh lý của tai người và cỏc yếu tố nhận thức liờn quan tới người nghe dường như hay chỳ ý tới gỡ. PSQM đem lại một chỉ số tương đối, chỉ ra sự khỏc biệt giữa tớn hiệu mộo và tớn hiệu gốc đứng trờn quan điểm của người nghe thụng qua thuật toỏn. PSQM chỉ ra õm thoại mộo cú chất lượng tốt hơn hay tồi hơn tớn hiệu nguyờn thuỷ. Với PSQM, chỉ số mộo đưa ra tương ứng rất gần với chỉ số thống kờ của một số lượng lớn người phản ứng trong cựng một tỡnh huống đo kiểm (vớ dụ MOS).
PSQM đầu tiờn được thiết kế đặc biệt cho chất lượng hiểu của õm thoại khi bị ảnh hưởng bởi cỏc bộ Codec nộn thoại. Tuy nhiờn với một số tỏc động như mất gúi xảy ra trờn mạng truyền số liệu, khụng được phản ỏnh một cỏch đầy đủ trong cỏc chỉ số PSQM. Do đú, một phiờn bản tăng cường cho PSQM gọi là PSQM+ đó được phỏt triển để tương quan hơn với cỏc chỉ số MOS trong trường hợp cú những trục trặc trong quỏ trỡnh hoạt động của mạng.
3.3.1.3 PAMS
Một mụ hỡnh quan trọng khỏc trong đo kiểm độ trung thực trong nghe hiểu, được phỏt triển trong thời gian gần đõy đú là PAMS (Hệ thống đo kiểm phõn tớch tri giỏc). PAMS sử dụng một mụ hỡnh tri giỏc tương tự như PSQM và cựng nhau chia sẻ mục tiờu cung cấp một phương tiện đo kiểm khỏch quan, khả lặp cho chất lượng cảm nhận thoại. PAMS sử dụng một mụ hỡnh xử lý tớn hiệu khỏc với PSQM nhưng hiệu quả hơn cựng với cỏc dạng chỉ số khỏc với PSQM. Nú đưa ra một "Chỉ số chất lượng nghe" và một "Chỉ số chất lượng nỗ lực nghe", cả hai đều tương quan với cỏc chỉ số MOS và đều trờn một thang đo từ 1 tới 5.
3.3.2 Đo kiểm độ trễ
Như đó đề cập, trễ đầu cuối - đầu cuối cú một ảnh hưởng vụ cựng quan trọng tới chất lượng một cuộc đàm thoại. Nờn nhớ rằng, trễ khụng ảnh hưởng tới õm thanh của một cuộc đàm thoại mà ảnh hưởng tới nhịp điệu và cảm nhận của cuộc đàm thoại. Cú hai phương phỏp chớnh trong đo kiểm trễ trong một mụi trường thoại gúi là: Acoustic PING và MLS tương quan chộo tiờu chuẩn hoỏ.
Theo như thiết kế, cả hai phương phỏp được sử dụng để đảm bảo việc đo kiểm trễ là chớnh xỏc và nhất quỏn do trễ cú thể thay đổi trong một mụi trường VoIP động.
Acoustic PING sử dụng một tớn hiệu õm thanh kiểm tra cực ngắn (narrow audio spike) được truyền dẫn từ đầu cuối của một kờnh thoại tới đầu cuối bờn kia và đo khoảng thời gian này. Phương phỏp đơn giản này tương đối nhạy cảm với tạp õm và suy hao do tớn hiệu kiểm tra thật cú thể bị che bởi cỏc tạp õm khỏc trờn kờnh truyền hay bị suy hao quỏ nhiều dẫn tới khụng thể phỏt hiện ra. Thờm vào đú, do độ hẹp tương đối của tớn hiệu kiểm tra khiến cho nú dễ bị ảnh hưởng xấu bởi tỡnh trạng mất gúi (bản thõn một tớn hiệu kiểm tra chỉ chiếm từ 1 tới 2 gúi). Acoustic PING cần phải được hỗ trợ từ cỏc phương phỏp khỏc để đảm bảo độ chớnh xỏc và ổn định.
3.3.2.2. MLS tương quan chộo tiờu chuẩn hoỏ
MLS sử dụng một tớn hiệu đặc biệt được truyền qua một hệ thống cần đo kiểm. Sau đú bằng cỏc kỹ thuật xử lý tớn hiệu số, tớn hiệu thu được cựng với tớn hiệu ban đầu cựng được phõn tớch để xỏc định trễ từ đầu cuối đến đầu cuối. Phương phỏp này được gọi là MLS tương quan chộo tiờu chuẩn hoỏ, sử dụng một tớn hiệu đo kiểm với õm thanh rất giống với nhiễu trắng, trờn thực tế nú cú rất nhiều cỏc đặc tớnh giống với nhiễu trắng. Tuy nhiờn khỏc với nhiễu trắng, tạp õm MLS (dóy cú chiều dài tối đa) là một mẫu tạp õm khả lặp và khả đoỏn tăng cường khả năng tớnh toỏn phõn tớch.
Sử dụng phương phỏp này, giỏ trị trễ tớnh toỏn thực ra là một tập con của thụng tin thu được. Trễ tớnh toỏn theo phương phỏp này chớnh xỏc hơn rất nhiều, đem lại kết quả với độ phõn giải cao hơn và khả năng chịu tạp õm cao hơn so với cỏc phương phỏp õm thanh.
3.3.3 Đo kiểm tiếng vọng
Trong đo kiểm tiếng vọng, đầu tiờn cần phải xỏc định đặc tớnh của cường độ tiếng vọng và trễ tiếng vọng. Bờn cạnh đú cũng cần phải xỏc định xem cỏc bộ huỷ tiếng vọng giải quyết với tiếng vọng cú tốt khụng. Cuối cựng, sẽ là rất hữu dụng nếu đỏnh giỏ được mức độ khú chịu mà tiếng vọng gõy ra cho người dựng của hệ thống điện thoại. Cỏc khớa cạnh này sẽ lần lượt được làm rừ dưới đõy:
3.3.3.1 Xỏc định đặc tớnh tiếng vọng
Xỏc định đặc tớnh tiếng vọng hầu như luụn liờn quan tới đo lường cường độ tiếng vọng và trễ của tiếng vọng. Năng lượng mà một tiếng vọng bị suy hao tới tai người nghe thường được gọi là suy hao tiếng vọng phản hồi ERL. ERL là một tham số rất quan trọng do rất nhiều cỏc bộ triệt tiếng vọng khụng cú khả năng làm việc với cỏc tiếng vọng chưa bị suy hao ở một mức độ nhất định nào đú. Bờn cạnh đú trễ của
tiếng vọng cũng phải nằm trong một khung thời gian nhất định để cỏc bộ triệt tiếng vọng cú thể xử lý tớn hiệu một cỏch hiệu quả. ERL và trễ tiếng vọng là cỏc tham số cần phải cõn nhắc trong thiết kế mạng truy nhập và cú một ảnh hưởng sõu sắc tới dạng và cấu hỡnh của bộ huỷ tiếng vọng được sử dụng. Việc nắm vững cỏc đặc tớnh tiếng vọng giỳp đưa ra được một quyết định đỳng đắn trong việc chọn bộ huỷ tiếng vọng hay thiết kế lại mạng truy nhập để giải quyết những vấn đề trễ đặc thự của mạng.
3.3.3.2 Sự khú chịu trong cảm nhận gõy ra bởi tiếng vọng
Tương tự như độ trung thực của õm thoại, ở đõy yờu cầu những thuật toỏn đặc biệt để cú được một kết quả đo khỏch quan, tin cậy và ổn định. ITU-T đó định nghĩa một số phương phỏp đo lường những đặc tớnh của tiếng vọng: G.165 là một thuật toỏn sử dụng nhiễu trắng, G.168 sử dụng những tớn hiệu kiểm tra tần số thoại. Tuy nhiờn những phương phỏp này dường như thớch hợp nhất cho đo kiểm tại phũng thớ nghiệm và khụng phự hợp cho cỏc bộ Codec tốc độ bớt thấp, tại đú dạng súng của tớn hiệu