Способ адаптации параметров кодека и передачи речевого сигнала в сети с коммутацией пакетов (варианты)
Изобретение относится к IP-телефонии. Техническим результатом является повышение качества передачи речи в IP-телефонии в условиях неизвестной и нестабильной пропускной способности канала связи и наличия случайных потерь передаваемых пакетов в канале связи. Указанный технический результат достигается тем, что устанавливают допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают их как текущие, с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого на основе расчета фактора рейтинга (R-фактор) Е-модели. В случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на его изменение, вновь осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала. 2 табл.
Изобретение относится к IP-телефонии и может быть использовано для оптимизации качества передачи речи.
В известных способах передачи речевой информации возможность адаптивного управления качеством в сетях IP реализуют динамическим изменением параметров кодирования и передачи речевого сигнала оконечными устройствами в зависимости от текущих характеристик канала связи. Для этого необходим выбор способа сбора статистической информации о канале связи, способа адаптации параметров кодирования и передачи речевого сигнала.
Сбор статистической информации о канале связи обычно осуществляется с использованием рекомендации RFC 3550, где определен протокол RTCP (Real Time Control Protocol, протокол, управляющий транспортным протоколом реального времени), позволяющий оконечным устройствам получать статистическую информацию о характеристиках канала связи.
Основную сложность представляет выбор способа адаптации параметров кодирования и передачи речевого сигнала на основании полученной информации о канале связи. Здесь существует две проблемы.
Первая проблема заключается в необходимости объективного измерения качества передаваемой речи, поскольку можно говорить об успехе способа адаптивной подстройки только в том случае, когда новые параметры кодирования при данных условиях обеспечивают лучшее качество речи, чем используемые ранее. Классическое определение качества речевого сигнала по шкале MOS требует специально оборудованных студий с привлечением большого количества экспертов. Очевидно, такой способ оценки качества оказывается неприемлемым в большинстве приложений, и потому были разработаны другие способы оценки качества речи, которые позволили устранить «человеческий фактор». Наиболее интересной для практического применения оказалась Е-модель (G.107. ITU-T Recommendation G.107 Е-модель - вычислительная модель, используемая для планирования передачи [Text]. - Approved - Geneva: ITU-T, 2005. - 28 р.) и ее разновидности для IP-телефонии (Lustosa, L.С.G. E-Model Utilization For Speech Quality Evaluation Over VoIP-Based Communication Systems / L.C.G.Lustosa, L.S.G.Carvalho, P.H.A.Rodrigues, E.S.Mota. - 22nd SBRC, 2004. - P. 933-938).
Е-модель исходит из предположения об аддитивном влиянии искажающих факторов на качество связи и не требует исходного сигнала для его оценки. Вместо этого Е-модель выводит решение на основании характеристики канала связи, оконечных устройств, уровня фонового шума и т.п. Таким образом, предполагается, что измеряя характеристики оконечных устройств и канала связи, можно получить оценку качества выходного речевого сигнала.
Вторая проблема состоит в определении того, какими именно параметрами и как можно управлять для достижения лучшего качества. Распространенные речевые кодеки (например, G.729 или G.723.1) не предоставляют возможности какого-либо манипулирования параметрами кодирования и для указанных целей не подходят. Однако известны кодеки, в которых есть управление режимом кодирования (например, Speex и GSM 06.90 AMR (Adaptive Multi-Rate)).
На качество речи в IP-телефонии оказывают влияние и режимы передачи речевого сигнала: коэффициент блокирования (пакетизации, иначе - число фреймов в пакете) и количество посылок одного и того же пакета в канал. Увеличение числа фреймов в пакете позволяет снизить накладные расходы по их передаче за счет экономии на заголовках пакетов, но увеличивает общую задержку сигнала. Увеличение числа посылок одного и того же пакета в канал при наличии запаса по пропускной способности канала связи позволяет эффективно бороться со случайными потерями пакетов. Этими параметрами тоже можно и нужно управлять.
Примером разработки способа адаптации параметров речевого кодека может служить известный способ, заключающийся в том, что предусматривают адаптивный кодек, способный передавать непрерывный голосовой поток и имеющий информацию о скорости передачи данных источника и полосе пропускания канала, осуществляют проверку канала передачи голосового потока для получения по меньшей мере одного параметра качества, определяют по меньшей мере одно ограничение, связанное с передачей голосового потока, адаптируют скорость передачи данных источника и полосу пропускания канала как функцию параметра качества и ограничивающего фактора для получения максимального значения качества получаемого сигнала во время передачи непрерывного голосового потока. Параметром оценки качества передачи речи в указанном способе используется максимальное число медиасимволов в кодовом слове, максимальная длина кодового слова, задержка сети, фактор ухудшения задержки, фактор потерь пакетов, измеренный фактор искажения сигналов, R-фактор для расчета параметра MOS, который используют для согласования скорости передачи данных источника и пропускной способности канала связи (Заявка № US2004160979 H04L 1/00; H04L 29/06; Н04М 7/00; H04L 12/56, опубл. 19.08.2004).
Для применения известного способа необходимо иметь возможность управлять пропускной способностью канала связи, что в большинстве задач IP-телефонии невозможно. Также для оценки качества передачи речи требуется знать такие параметры, как максимальное число медиасимволов в кодовом слове и максимальную длину кодового слова, что требует дополнительных затрат на их оценку и является в свою очередь сложной технической задачей. Кроме того, общение по IP-телефону не всегда соответствует задаче передачи непрерывного голосового потока, так как разговор двух абонентов сопровождается естественными паузами. Известный способ не имеет средств компенсации случайных потерь пакетов в канале связи и уменьшения накладных расходов при передаче пакетов. Все это усложняет практическую реализацию способа для использования в IP-телефонии.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение качества передачи речи в IP-телефонии в условиях неизвестной и нестабильной пропускной способности канала связи и наличия случайных потерь передаваемых пакетов в канале связи.
Для достижения указанного результата предложены два варианта способа адаптации параметров кодека и передачи речевого сигнала в сети, ориентированной на пакетную передачу данных.
Вариант 1. Способ адаптации параметров кодека и передачи речевого сигнала в сети с коммутацией пакетов, при котором устанавливают начальные параметры кодека и передачи речевого сигнала, а также допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют поиск оптимальных для текущего соединения параметров кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала. В случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на изменение качества речевого сигнала, вновь осуществляют поиск оптимальных параметров кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают их как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала.
Отличием предложенного способа является то, что вычисление изменения качества речевого сигнала производят на основе расчета фактора рейтинга (R-фактор) Е-модели, а параметры кодека и передачи речевого сигнала, оптимальные для текущего соединения, ищут методом покоординатного спуска, используя в качестве целевой функции R-фактор.
Вариант 2. Способ адаптации параметров кодека и передачи речевого сигнала в сети с коммутацией пакетов, при котором устанавливают допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала. В случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на изменение качества речевого сигнала, вновь осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала.
Отличием предложенного способа является то, что при тестировании сети повышенной нагрузкой параметры кодека и передачи речевого сигнала выбирают такими, чтобы превысить реальную пропускную способность В установленного соединения, при тестировании сети пониженной нагрузкой текущие параметры кодека и передачи речевого сигнала выбирают такими, чтобы не превысить реальную пропускную способность В установленного соединения, а вычисление изменения качества речевого сигнала производят на основе расчета фактора рейтинга (R-фактор) Е-модели. При расчете оптимальных для текущего соединения параметров кодека и передачи речевого сигнала определяют по данным статистики протокола RTCP реальную пропускную способность установленного соединения по следующей формуле:
B=(B1-L1)/(1-dL),
где B1 - пропускная способность, для которой производят тестирование повышенной нагрузкой, причем В1>В;
L1 - потери, соответствующие повышенной нагрузке, получаемые по данным статистики протокола RTCP;
dL=L2/B2;
В2 - пропускная способность, для которой производят тестирование пониженной нагрузкой, причем В2<В;
L2 - потери, соответствующие пониженной нагрузке, получаемые по данным статистики протокола RTCP.
Параметры кодека и передачи речевого сигнала, оптимальные для текущего соединения, подбирают для найденных параметров В, L1 и L2, используя следующее условие:
min|В-[(Р(m)×k+H)×F(k)/8]×r|,
где m - значения управляемых параметров кодека;
k - коэффициент блокирования (число фреймов в пакете);
Р(m) - размер фрейма для заданных m, бит;
Н - размер заголовков пакетов, бит;
F(k) - частота посылки пакетов, 1/с;
r - количество посылок одного и того же пакета в канал связи;
min|f(m, k, r)| - операция поиска минимума абсолютного значения функции f(m, k, r) по управляемым параметрам.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом. В первом варианте способа устанавливают начальные параметры кодека и передачи речевого сигнала, а также допуск на изменение качества речевого сигнала ΔQd.
В параметры передачи речевого сигнала входят следующие управляемые параметры:
- коэффициент блокирования k (другое название - коэффициент пакетизации или число фреймов в пакете, положительное целое число);
- количество посылок одного и того же пакета в канал r (целое число).
Указанные параметры используются для любых кодеков, применяемых в IP-телефонии.
Параметры кодека зависят от используемого кодека. Не во всех кодеках можно управлять параметрами кодирования. Однако известны кодеки, в которых есть управление режимом кодирования m. Например, Speex и GSM 06.90 AMR (Adaptive Multi-Rate, см. http://en.wikipedia.org/wiki/Adaptive_Multi-Rate, а также рекомендацию ETSI EN 301704 V7.2.1 на http://www.esti.org). Режим кодирования m кодека Speex называется quality (качество кодирования, целое число от 1 до 8 включительно). Аналогичный параметр у кодека GSM 06.90 AMR называется mode (режим), используется также восемь состояний и сходное управление. Поэтому в дальнейшем все рассмотрено на примере одного кодека - кодека Speex.
Каждый из управляемых параметров по-своему влияет на качество речевого сигнала. Увеличение значения параметра k увеличивает общую задержку, что приводит к ухудшению качества принимаемого речевого сигнала, но уменьшает нагрузку на канал связи. Повторение каждого пакета при наличии резерва пропускной способности канала связи позволяет компенсировать случайные потери пакетов в канале связи, но увеличивает нагрузку на канал связи. Изменение значения параметра m позволяет управлять качеством кодирования речи и нагрузкой на канал связи: чем выше качество, тем больше нагрузка на канал.
Важно отметить, что изменение любого из перечисленных выше параметров изменяет полезную нагрузку IP-телефона на канал связи, что на узкополосных или перегруженных каналах приводит к изменению процента потерь и задержек и, как следствие, к изменению качества речевого сигнала. Таким образом, изменение любого из параметров может привести как к улучшению качества сигнала, так и к его ухудшению. Это зависит от свойств самого канала связи. Потому невозможно заранее выбрать режим кодирования и передачи, оптимальный для всех случаев.
Выбор начального состояния параметров в этом варианте способа не принципиален. Для ускорения поиска оптимальных параметров выбирались типичные настройки кодека (для Speex это m0=8), коэффициент блокирования k0=1 и количество посылок одного и того же пакета в канал r0=1.
Допуск на изменение качества речевого сигнала ΔQd задают в относительных единицах (например, 0,2, что эквивалентно изменению качества на 20%).
После установки начальных параметров кодека и передачи речевого сигнала, а также допуска на изменение качества речевого сигнала ΔQd осуществляют поиск оптимальных для текущего соединения параметров кодека и передачи речевого сигнала. Для этого используют метод покоординатного спуска.
Согласно этому методу из начального состояния параметров кодека и передачи речевого сигнала, характеризуемого тройкой управляемых параметров (k0, r0, m0), производят поиск максимума качества речевого сигнала Q вдоль направления оси k (коэффициент блокирования (пакетизации)) и определяют точку (k1, r0, m0), в которой он максимален. Затем производят поиск максимума из этой точки в направлении оси r (количество посылок одного и того же пакета в канал) и определяют следующее состояние (k1, r0, m0). Аналогично определяют максимум по координате m (режим кодирования).
Определение качества речевого сигнала Q производят путем расчета R-фактора Е-модели (G.107. ITU-T Recommendation G.107 Е-модель вычислительная модель, используемая для планирования передачи [Text]. - Approved - Geneva: ITU-T, 2005. - 28р.). Упрощенную формулу для подсчета R-фактора, используемую в IP-телефонии, представляют в следующем виде (Lustosa, L.С.G. E-Model Utilization For Speech Quality Evaluation Over VoIP-Based Communication Systems / L.C.G.Lustosa, L.S.G.Carvalho, P.H.A.Rodrigues, E.S.Mota. - 22nd SBRC, 2004. - P.933-938):
R=93,4-Id(Ta)-Ie(codec, loss),
где:
Та - абсолютная односторонняя задержка;
Id - ухудшение качества, вызванное задержкой;
Ie - потери качества при кодировании (codec), а также из-за потерь пакетов в канале связи (loss).
Параметр Id при отсутствии эффекта эха полностью определяется односторонней задержкой распространения сигнала Та и его вычисление не представляет принципиальной сложности. Расчет задержки обычно производят при помощи специальных управляющих сигналов, встраиваемых в пакеты кодека Speex (аналог ping).
Параметр Ie требует экспериментального определения. Для ряда наиболее популярных кодеков такие измерения проведены, в то же время для Speex эта работа ранее выполнена не была. Необходимо отметить, что на параметр Ie оказывает влияние как ухудшение качества, связанное с кодированием Speex, так и ухудшение качества за счет потерь в канале связи. Эти параметры не являются независимыми, т.к. декодер Speex использует алгоритмы скрытия потерь пакетов (packet loss concealment), которые весьма эффективны при одиночных потерях, однако их эффективность падает при увеличении процента потерь.
План эксперимента для оценки параметра Ie заключается в выполнении следующей последовательности действий:
- для заданного набора режимов кодирования Speex и заданного набора уровня потерь выполняют кодирование, а затем декодирование набора речевых файлов; полученные в результате декодирования звуковые фрагменты сравнивают с оригинальными по алгоритму PESQ (P.862. ITU-T Recommendation P.862 Perceptual evaluation of speech quality (PESQ): An objective method for end-to-end speech quality assessment of narrow-band telephone networks and speech codecs [Text]. - Approved 01.02.2001. - Geneva: ITU-T, 2001. - 21 p.), выставляющему оценку качества MOS в пределах от 0 до 5;
- оценку MOS переводят в R-фактор с использованием формулы, приведенной в рекомендации ITU-T G.107;
- принимая значение Id равным нулю, вычисляют Ie для каждого набора параметров кодека и канала.
Результаты экспериментального определения параметра Ie приведены в таблице 1.
Всего было протестировано порядка 20 звуковых файлов длиной от 15 до 120 секунд. При проведении экспериментов на других звуковых файлах результаты могут варьироваться. Это, в частности, связано с особенностями кодека Speex, который оптимизирован под мужские голоса. Поэтому будут различия при делении речи на голоса взрослых/детей, мужских/женских.
| Таблица 1 | |||||||
| Значение Ie при различных режимах кодека Speex и уровнях потерь | |||||||
| Уровень потерь пакетов (%) | |||||||
| Режим кодека | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 8 | 16 |
| 1 | 53,49 | 53,85 | 54,17 | 54,00 | 54,15 | 55,01 | 56,48 |
| 8 | 43,98 | 44,41 | 44,73 | 45,07 | 45,54 | 47,07 | 50,32 |
| 2 | 33,04 | 34,53 | 35,63 | 36,77 | 38,07 | 41,54 | 46,62 |
| 3 | 27,86 | 30,30 | 31,86 | 33,59 | 35,38 | 39,72 | 45,58 |
| 4 | 23,14 | 26,44 | 28,52 | 30,92 | 33,03 | 37,67 | 43,93 |
| 5 | 21,22 | 24,82 | 27,17 | 29,78 | 31,99 | 36,79 | 42,96 |
| 6 | 17,85 | 22,65 | 25,28 | 28,02 | 30,58 | 35,93 | 42,87 |
| 7 | 15,41 | 20,94 | 24,22 | 27,32 | 29,90 | 35,49 | 42,41 |
Период между сменой параметров и проверками качества определяется длительностью переходных процессов в IP-телефонии. Из-за этого период должен составлять не менее 1 с. Опытным путем можно подобрать оптимальное значение данного параметра для конкретной реализации IP-телефона. Обычно период составляет 2-4 с. Большие значения периода приводят к увеличению инерционности управления и несвоевременной реакции системы адаптации на изменение параметров канала связи. Это относится и ко второму варианту способа, описываемому ниже.
Найденный таким образом набор параметров считают оптимальным для данного канала, его устанавливают как текущий, соответствующее ему максимальное значение R-фактора Qopt используют в дальнейшем для вычисления изменения качества.
Поиск оптимальных параметров осуществляют на стороне приемника речевого сигнала, однако параметры кодека должны быть скорректированы на стороне передатчика. Перенос управляющих сигналов осуществляют посредством встроенной сигнализации (in-band signalling), реализованной в кодеке Speex.
Основная идея встроенной сигнализации заключается в том, что приемник имеет возможность посылать передатчику специально сформированные «псевдофреймы» - пакеты Speex, поле режима (speex mode) которых установлено равным 14, а в поле данных располагается закодированное управляющее воздействие. Сторона, получившая пакет со специальным номером режима, определяет по первым четырем байтам код управляющего воздействия, а все остальные данные в пакете интерпретирует как его параметры. Программный интерфейс кодека Speex предоставляет возможность устанавливать обработчики на события вида «получено управляющее воздействие с кодом X».
Далее с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала ΔQ=|(Q-Qорt)/Qopt|, где |х| - абсолютная величина числа х, Q - текущее качество, вычисленное с использованием R-фактора. Период выбирают из тех же соображений, что и при поиске оптимальных параметров кодека и передачи речевого сигнала. При превышении значением ΔQ допуска ΔQd вновь выполняют поиск оптимальных для текущего соединения параметров кодека и передачи речевого сигнала (на этот раз из ранее найденной точки оптимума). Устанавливают их как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала.
По сути все время двустороннего соединения работают в цикле режима поиска оптимальных параметров кодека и передачи речевого сигнала, а также режима наблюдения за изменением качества речевого сигнала.
Во втором варианте способа устанавливают допуск на изменение качества речевого сигнала ΔQd, причем, как и в первом варианте способа, ΔQd задают в относительных единицах (например, 0,2, что эквивалентно изменению качества на 20%).
Далее осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой. Тестирование начинают при старте двустороннего соединения абонентов. При этом не должен быть включен VAD (Voice Activity Detector, детектор речевой активности), иначе можно попасть на паузу и протестировать повышенной нагрузкой не получится.
Тестирование позволяет определить причины потерь пакетов при передаче по сети и реальную полосу пропускания сети. Это важно, так как потери пакетов являются основным источником снижения качества восстановления речевого сигнала.
Есть две основные причины потерь пакетов в канале:
- ограниченная ширина полосы пропускания канала связи В, привязанная к входу в канал (максимальная пропускная способность канала связи); если поток пакетов превышает полосу пропускания канала связи, то часть пакетов теряется;
- доля независимых случайных потерь dL в канале связи, наблюдаемых при любой полосе реального потока пакетов Bi≤В, переданного в канал (i=1 при тестировании сети повышенной нагрузкой, i=2 при тестировании сети пониженной нагрузкой).
Исходя из этой упрощенной модели для поиска реальной полосы пропускания канала связи В и доли независимых случайных потерь dL, составляют систему двух уравнений.
Первое уравнение строится при тестировании канала с заведомой перегрузкой В1>В, например, за счет увеличения количества посылок одного и того же пакета в канал:
L1=B1-(B×(1-dL)),
где L1 - общие потери потока в канале при тестировании сети повышенной нагрузкой.
Второе уравнение строится при тестировании сети нагрузкой В2<В, не превышающей пропускную способность канала. В2 - это фактически принятая полезная нагрузка в первом усиленном тесте. Тогда
L2=В2-(В2×(1-dL))=B2×dL,
где L2 - общие потери потока в канале при тестировании сети пониженной нагрузкой.
Откуда
dL=L2/B2,
в свою очередь
В=(В1-L1)/(1-dL).
Все необходимые для расчета величины находят непосредственно из статистики протокола RTCP.
По результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала (задача - вписаться в измеренную полосу В) следующим образом:
- в цикле от большего к меньшему размеру фрейма Р(m) подбирается соответствующий ему режим кодирования m кодека Speex, коэффициент блокирования (пакетизации) k и количество посылок одного и того же пакета в канал r так, чтобы поместиться в измеренную полосу В; причем при потерях пакетов более hdL (значение hdL может быть установлено, например, равным 1%) и полосе более hBand (значение hBand может быть установлено, например, равным 2500 байт/с) используются повторы пакетов;
- если удалось поместиться в измеренную полосу В, то заканчивается выбор параметров, иначе осуществляется переход к меньшему размеру фрейма Р(m);
- если для всех возможных размеров фрейма Р(m) не удалось поместиться в полосу, то на верхнем уровне системы IP-телефонии принимается решение о разрыве двустороннего соединения.
Расчет требуемой полосы для заданных k, r и m производят по формуле:
В(m,k)=[(Р(m)×k+Н)×F(k)/8]×r,
где m - режим кодирования кодека Speex;
k - коэффициент блокирования (пакетизации, иначе - число фреймов в пакете);
В(m, k) - требуемая полоса, Кбайт/с;
Р(m) - размер фрейма для заданного m, бит;
Н - размер заголовков (обычно 224), бит;
F(k) - частота посылки пакетов, 1/с;
r - количество посылок одного и того же пакета в канал связи.
В таблице 2 приведены результаты расчета требуемой полосы для различных значений m и k при r=1.
| Таблица 2 | ||||||||
| Требуемая полоса для различных значений m и k при r=1 | ||||||||
| F(k) | 50 | 25 | 16,66 | 12,5 | 10 | 8,33 | 7,14 | |
| k | 1 | 2 | 3 | 4 В(m, k) |
5 | 6 | 7 | |
| m | P(m) | |||||||
| 1 | 48 | 1700 | 1000 | 766 | 650 | 580 | 533 | 500 |
| 8 | 80 | 1900 | 1200 | 966 | 850 | 780 | 733 | 700 |
| 2 | 120 | 2150 | 1450 | 1216 | 1100 | 1030 | 982 | 950 |
| 3 | 160 | 2400 | 1700 | 1466 | 1350 | 1280 | 11233 | 1200 |
| 4 | 224 | 2800 | 2100 | 1866 | 1750 | 1680 | 1633 | 1599 |
| 5 | 304 | 3300 | 2600 | 2366 | 2250 | 2180 | 2132 | 2099 |
| 6 | 368 | 3700 | 3000 | 2766 | 2650 | 2580 | 2532 | 2499 |
| 7 | 496 | 4500 | 3800 | 3565 | 3450 | 3380 | 3332 | 3299 |
Найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала устанавливают как текущие. После этого рассчитывают качество переданного речевого сигнала Qopt с использованием R-фактора и запоминают. Период между сменой параметров и проверками качества, а также R-фактор определяют аналогично первому варианту способа.
Далее с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала ΔQ=|(Q-Qopt)/Qopt|, где |х| - абсолютная величина числа х, Q - текущее качество, вычисленное с использованием R-фактора. Период выбирают из тех же соображений, что и при тестировании. При превышении значением ΔQ допуска ΔQd вновь осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала.
Повторные тестирования повышенной нагрузкой производят при незначительно увеличенной в Ktest (например, в 1,25 раза) нагрузке канала, что дает принципиальную возможность бережного прощупывания пропускной способности канала.
По сути все время двустороннего соединения работают в цикле режима тестирования с определением оптимальных параметров кодека и передачи речевого сигнала, а также режима наблюдения за изменением качества речевого сигнала.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить качество передачи речи в условиях неизвестной и нестабильной пропускной способности канала связи за счет подбора оптимальных параметров кодека и передачи речевого сигнала. При наличии случайных потерь пакетов в канале связи используется для их компенсации повтор передачи пакетов (параметр передачи речевого сигнала).
Способ адаптации параметров кодека и передачи речевого сигнала в сети с коммутацией пакетов, при котором устанавливают допуск на изменение качества речевого сигнала, осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие, с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала, в случае, если вычисленное изменение качества речевого сигнала превышает установленный допуск на изменение качества речевого сигнала, вновь осуществляют тестирование сети повышенной и пониженной нагрузкой, по результатам тестирования сети находят оптимальные для текущего соединения параметры кодека и передачи речевого сигнала, устанавливают найденные параметры кодека и передачи речевого сигнала как текущие и вновь с определенной периодичностью вычисляют изменение качества речевого сигнала, отличающийся тем, что при тестировании сети повышенной нагрузкой параметры кодека и передачи речевого сигнала выбирают такими, чтобы превысить реальную пропускную способность В установленного соединения, а при тестировании сети пониженной нагрузкой текущие параметры кодека и передачи речевого сигнала выбирают такими, чтобы не превысить реальную пропускную способность В установленного соединения, при этом вычисление изменения качества речевого сигнала производят на основе расчета фактора рейтинга (R-фактор) Е-модели, при расчете оптимальных для текущего соединения параметров кодека и передачи речевого сигнала определяют по данным статистики протокола RTCP реальную пропускную способность установленного соединения по следующей формуле:
B=(B1-L1)/(1-dL),
где B1 - пропускная способность, для которой производят тестирование повышенной нагрузкой, причем B1>В;
L1 - потери, соответствующие повышенной нагрузке, получаемые по данным статистики протокола RTCP;
dL=L2/B2;
В2 - пропускная способность, для которой производят тестирование пониженной нагрузкой, причем В2<В;
L2 - потери, соответствующие пониженной нагрузке, получаемые по данным статистики протокола RTCP;
притом, что параметры кодека и передачи речевого сигнала, оптимальные для текущего соединения подбирают для найденных параметров В, L1 и L2, используя следующее условие:
min|В-[(Р(m)·k+Н)·F(k)/8]·r|,
где m - значения управляемых параметров кодека;
k - коэффициент блокирования (число фреймов в пакете);
P(m) - размер фрейма для заданных m, бит;
Н - размер заголовков, бит;
F(k) - частота посылки пакетов, 1/с;
r - количество посылок одного и того же пакета в канал;
min |f(m, k, r)| - операция поиска минимума абсолютного значения функции f(m, k, r) по управляемым параметрам.
