基于NGN網(wǎng)絡(luò)語音質(zhì)量測量的探討
楊宗林 張治中 唐希熙 2007/07/03
摘要 基于IP承載網(wǎng)絡(luò)和軟交換技術(shù)的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)有著很大的發(fā)展趨勢,NGN網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)是語音業(yè)務(wù),影響語音質(zhì)量的因素是由多個方面決定的,主要包括時延、丟包、抖動等。語音質(zhì)量的好壞直接影響用戶對運營商的選擇,因此對NGN網(wǎng)絡(luò)語音服務(wù)質(zhì)量進行有效的分析和測量是十分重要的。圖1 RTP包頭格式
上面每個域的意義及作用如下:
版本號(V):2bit,這個域代表RTP的版本號,目前RTP采用的版本號是2。
間隙(P):1bit,該位置1,則數(shù)據(jù)包包含一個或多個附加間隙位組,其中這部分不屬于有效載荷。
擴展位(X):1bit,該位置1,則在固定頭后面根據(jù)指定格式設(shè)置一個擴展頭。
CSRC計數(shù)器(CC):4bit,這個域表示固定頭后面的CSRC(Contributing Source)的數(shù)目。
標記位(M):1bit,標記由Profile文件定義。允許重要事件如幀邊界在數(shù)據(jù)包流中進行標記。
凈荷類型(PT):7bit,該域標識了RTP凈荷的格式,它決定了應(yīng)用程序如何對凈荷解碼。
序列號(Sequence Number):16bit,發(fā)送方在每發(fā)送完一個RTP包后就將該域的值加一,接收方可以由該域檢測包的丟失并恢復(fù)數(shù)據(jù)包序列。
時間戳(Timestamp):32bit,該域記錄了該包中數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的采樣時刻。時間戳在媒體同步和抖動計算中是不可缺少的。
同步源(SSRC):32bit,該標識符隨機選擇,旨在確保在同一個RTP會話中不存在兩個同步源具有相同的SSRC標識符。
貢獻源標志符(CSRC):0~15項,每項32bit,用于識別該RTP數(shù)據(jù)包中的有效載荷的貢獻源。
典型RTP包的傳輸流程如圖2所示。
圖2 RTP包傳輸流程
RTP是利用混合器和翻譯器完成實時數(shù)據(jù)的傳輸?shù)摹?
。1)混合器(Mixers)。接收來自一個或多個發(fā)送方的RTP包,并把它們組合成一個新的RTP包繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。這種組合數(shù)據(jù)塊將有一個新的SSRC標識,具有新標識的特別發(fā)送方被作為特別信源加入到RTP數(shù)據(jù)塊中。因為來自不同特別發(fā)送方的數(shù)據(jù)塊可能非同步到達,所以混合器就對這些輸入源進行時間判斷,然后形成混合流自己的時間。
。2)翻譯器。翻譯器只改變數(shù)據(jù)塊內(nèi)容,而并不把媒體流組合在一起。翻譯器只是對單個媒體流進行操作,可能進行編碼轉(zhuǎn)換或者協(xié)議翻譯。典型的例子是多媒體會議中不同端系統(tǒng)之間的視頻編解碼轉(zhuǎn)換器,以及在多媒體應(yīng)用跨越內(nèi)部網(wǎng)防火墻時的過濾器。翻譯器是形成RTP包完整同步源定義符的中間系統(tǒng)。
一個RTP會話包括傳給指定目的地的所有通信量,發(fā)送方可能包括多個。從同一個同步源發(fā)出的RTP分組序列稱為流,一個RTP會話可能包含多個RTP流。一個RTP分組在服務(wù)器端發(fā)送出去的時候總是要指定屬于哪個會話和流,在接收時也需要進行兩級分用,即會話分用和流分用。只有當(dāng)RTP使用同步源標識和分組類型把同一個流中的分組組合起來,才能夠使用序列號和時間戳對分組進行排序和正確回放。
3、NGN網(wǎng)絡(luò)中語音質(zhì)量測量方法
根據(jù)中國移動通信集團公司出臺的軟交換測試儀表測試規(guī)范中要求語音質(zhì)量測量的方法主要包括如下。
3.1 主動式語音質(zhì)量測試
主要是通過測試儀表模擬兩個NGN網(wǎng)絡(luò)的終端用戶,首先通過同NGN網(wǎng)絡(luò)的信令交互建立起這兩個用戶之間的呼叫連接,然后在該連接上模擬發(fā)送和接收測試語音流,通過對收發(fā)語音信號的比較,來測試出端到端的語音質(zhì)量,并且能提供PESQ值和時延值,圖3為主動式語音質(zhì)量測試的結(jié)構(gòu)圖。
圖3 主動式語音質(zhì)量測試結(jié)構(gòu)
3.2 被動式語音質(zhì)量測試
通過儀表對NGN網(wǎng)絡(luò)中實際運行的RTCP/RTP業(yè)務(wù)流進行捕獲、解碼和統(tǒng)計分析,來計算VoIP業(yè)務(wù)流的關(guān)鍵指標:時延、抖動、丟包率、R系數(shù)和MOS值等統(tǒng)計參數(shù)[2,3],圖4為被動式語音質(zhì)量測試的結(jié)構(gòu)圖。
圖4 被動式語音質(zhì)量測試結(jié)構(gòu)
以上兩種測試方法也可以結(jié)合使用,下面主要介紹被動式語音質(zhì)量的測試,被動式語音質(zhì)量測試的主要參數(shù)包括。
(1)時延(Delay),當(dāng)一個數(shù)據(jù)包發(fā)送時,發(fā)送端在RTP報文頭上增加一個時間戳;當(dāng)在另一端被接收時,接收端同樣記下接收包的時間戳;計算這兩個時間戳之差可以得到這個數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的通路時間,即時延。
。2)抖動(Jitter),語音信號在發(fā)送端經(jīng)過壓縮打包后在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時,由于數(shù)據(jù)包傳送的路徑可能不同,因此不同的數(shù)據(jù)包到達接收端的時間也可能不同,計算連續(xù)語音包端到端時延的差值,即抖動值。
。3)丟包(Packet Loss),是影響語音質(zhì)量的又一個關(guān)鍵因素。數(shù)據(jù)包發(fā)送端和接收端之間的數(shù)據(jù)包數(shù)目的差值即為網(wǎng)絡(luò)傳輸丟失包數(shù)目。當(dāng)少量的丟包且是隨機地分布時,人耳并不容易感覺到較差的語音質(zhì)量,當(dāng)丟包數(shù)量變大時,語音質(zhì)量也就相應(yīng)的變差。
。4)R系數(shù),ITU-T的G.107標準提出了E-Model的模型,這種模型考慮了時延、抖動、丟包、回音、編碼器性能等網(wǎng)絡(luò)損傷因素對有噪語音質(zhì)量的影響[4,5]。根據(jù)RTP包提供的信息,在計算出時延、抖動、丟包等參數(shù)后,根據(jù)E模型提供的算法就可以求出相應(yīng)的R值。R值的范圍是0~100,0是最差的,100是最好的。
。5)MOS值,MOS模型是主觀評價方法,根據(jù)E模型MOS值是通過R值計算得到的。MOS值是1~5之間的數(shù),1是最差的,5是最好的[6]。R和MOS值的關(guān)系式如下所示:
圖5 用戶滿意度等級與R值和MOS值的范圍對應(yīng)表
對實時的語音和視頻業(yè)務(wù)來說,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)端到端的時延最為關(guān)鍵,從仿真結(jié)果圖6和圖7可以看出時延對R系數(shù)和MOS值的影響:隨著時延的增加,R系數(shù)和MOS值都降低,即語音質(zhì)量變差。當(dāng)時延大于150ms時,語音質(zhì)量下降的比較厲害。
圖7 時延對MOS值的影響
從仿真結(jié)果中同時可以看出R系數(shù)和MOS值的最大值分別是94和4.4左右,并且R系數(shù)和MOS值的對應(yīng)關(guān)系和圖5所列出的內(nèi)容基本是一致的。
4、結(jié)束語
本文圍繞著RTP協(xié)議和中國移動通信集團公司出臺的軟交換測試儀表測試規(guī)范,對NGN網(wǎng)絡(luò)語音質(zhì)量測試所要求的幾個重要指標進行了分析和說明,并給出了基本的實現(xiàn)方法,最后通過實際仿真說明了時延對語音質(zhì)量的影響?傊Z音質(zhì)量是NGN網(wǎng)絡(luò)測試的一個重要方面,用行之有效的方法對其進行測量是十分重要的,需要在實際應(yīng)用中不斷的加以改進和補充。
參考文獻
[1] 朱海毅,周春楠.VoIP基本原理,信息技術(shù),2003.5(5):83-84
[2] ITU-T Recommendation P.800.1,Mean Opinion Score(MOS)Terminology,2003
[3] ITU-T Recommendation G.107,The E-Model,a Computational Model for
Use in Transmission Planning.2005
[4] TIA Telecommunications IP Telephony Equipment-Voice Quality Recommendations
for IP Telephony,TSB-116-A,March 2006
[5] Akira Takahashi and Hideaki Yoshino. Perceptual QoS Assessment Technologies
for VoIP.IEEE Communications Magazine.July 2004:28-34
[6] 吳耀文,王平.VoIP語音評價方法綜述.艦船電子工程,2006(1):44-46
[7] 楊宗林,張治中.基于E-Model的VoIP語音質(zhì)量測試.廣東通信技術(shù),2007(2):58-61
電信工程技術(shù)與標準化
下一代網(wǎng)絡(luò)三大服務(wù)猜想 2007-06-29 |
下一代語音網(wǎng)絡(luò)(NGN)測試分析解決方案 2007-06-28 |
NGN中資源控制系統(tǒng)研究最新進展 2007-06-28 |
NGN將走向何處 2007-06-26 |
IMS的網(wǎng)絡(luò)定位和業(yè)務(wù)實現(xiàn) 2007-06-26 |