Utilização do Modelo E para avaliação da qualidade da fala em sistemas de comunicação baseados em voz sobre IP

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1 Utilização do Modelo E para avaliação da qualidade da fala em sistemas de comunicação baseados em voz sobre IP Leandro C. G. Lustosa (UFRJ) Leandro S. G. Carvalho (UFAM) Paulo H. de A. Rodrigues (UFRJ) Edjair de S. Mota (UFAM) SBRC 2004 Gramado, RS

2 Objetivos Estudo dos métodos de avaliação de qualidade de voz Identificação dos fatores que influenciam na qualidade de voz em sistemas VoIP Extração desses fatores para utilização como entrada para o Modelo E Revisão das abordagens propostas na literatura para o cômputo do Modelo E

3 Modelo E Modelo objetivo para avaliação da qualidade da voz em sistemas de telefonia híbridos (comutação de pacotes/circuitos) Padronizado nas Recomendações G.107 e G.108 da ITU-T Saída do modelo: fator R (varia de 0 a 100) Pode ser convertido para escala de pontuação MOS (varia de 1 a 5)

4 Modelo E nível de ruído básico Perdas defasadas com relação ao sinal de voz: -atraso R = Ro - Is - Id - Ie + A Perdas simultâneas à fala: - intensidade da voz - ruído de quantização Perdas relativas à tecnologia associada: - perda de pacotes na rede - descarte no dejitter buffer - codec utilizado Fator de vantagem: 0 (telefonia fixa) 10 (telefonia celular) 20 (enlace satélite)

5 Modelo E R = Ro - Is - Id - Ie + A pode ser assumido 93,36 [ITU-T G.107] tabelado Simplificação: R = 93,36 - Id - Ie

6 Determinação de Id codificação/ decodificação tabelado (ITU-T G.114) Id Ta rede assumido enlace simétrico (RTT/2) atraso absoluto buffer de compensação de jitter necessidade de conhecimento da aplicação

7 Determinação de Ie (ITU-T G.107) necessidade de conhecimento da aplicação considerados uniformemente distribuídos perda na rede descarte no buffer de dejitter Ie muito específicos (VAD, PLC, tamanho dos quadros, quadros/pacote) Ie inerente fator de robustez (Bpl) codec

8 Determinação de Ie (ETSI) perda na rede descarte no buffer de dejitter distribuição de perdas Ie Ie inerente fator de robustez (Bpl) codec períodos de perdas isoladas/em rajadas modelo baseado em cadeia de Markov

9 Determinação de Ie (ETSI) Efeito de Memória Recente: O usuário não percebe instantaneamente a variação da qualidade da fala Esse efeito pode ser aproximado por uma curva exponencial de constante de tempo: ~5s na transição de bom para ruim ~15s na transição de ruim para bom ~30spara desconsiderar a última perda significativa em rajadas na avaliação final da ligação

10 Determinação de Ie (ETSI) Ieb I1 I1 I2 Ie(av) Ieg I2 gap burst gap burst gap I 1 = I eb b / t ( I I ) e 1 eb 2 I 2 = I eg + ( ) g / t2 I I e 1 eg

11 Revisão Expressão proposta pela ETSI para I1: I 1 = I eb ( ) b / t1 I I e eg Expressão revisada: I 1 = I eb Erro se propaga na determinação de Ie(av) e Ie(fim de chamada) 2 b / t ( I I ) e 1 eb 2

12 Infra-estrutura de monitoração ativa do Lab. VoIP-NCE/UFRJ Ferramenta base Extração de dados estatísticos referentes ao nível de transporte Perdas de pacotes na rede Jitter (variação do atraso) RTT (Round Trip Time)

13 Módulo de avaliação analítica de qualidade de voz implementado Extensão da infra-estrutura de monitoração ativa Implementa todas as abordagens de cômputo do Modelo E discutidas: G.107 ETSI ETSI revisado (sugestões propostas) Capacidade de extrair informações referentes ao nível de aplicação, tais como: Descarte de pacotes no dejitter buffer Comportamento do dejitter buffer Atraso total fim-a-fim

14 Experimento Realização de várias chamadas entre a UFRJ e UFAM via o backbone da RNP2 Utilização do codec G de 6.3 kbps + VAD com frames de 30 ms Análise de uma chamada com características de gap/burst UFAM 10Mbps PoP-AM 8Mbps RNP2 PoP-DF PoP-RJ 30/40Mbps 100Mbps UFRJ

15 Resultados (perdas) Perda de pacotes na rede Descarte de pacotes no buffer burst A soma destes dois fatores influencia na determinação do MOS

16 Resultados (determinação de Ie) Ie revisado Ie segundo abordagem da ETSI ETSI obtém uma avaliação mais pessimista Ie aumenta mais bruscamente após um período de burst Ie decresce mais lentamente na transição de burst para gap

17 Resultados (Id e MOS segundo o ITU-T G.107) Id segundo ITU-T G.107 MOS segundo ITU-T G.107 O ITU-T G.107 retorna valores instantâneos de MOS, que não representam fielmente a percepção humana

18 Resultados (MOS - abordagem revisada abordagem do ETSI) MOS abordagem revisada MOS abordagem do ETSI MOS (fim de chamada) = 3,28 MOS (fim de chamada) = 2,66 As duas curvas representam a qualidade percebida pelo usuário A curva gerada pela abordagem do ETSI é mais pessimista

19 Conclusões Decomposição do Modelo E e comparação de abordagens para determinação de seus fatores Proposta de revisão à abordagem do ETSI Extração em ambiente real dos parâmetros de entrada para o modelo Implementação de ferramenta de avaliação analítica de qualidade da fala

20 Trabalhos em andamento O desenvolvimento do módulo analítico de qualidade de voz possibilita a realização de um leque de trabalhos, tais como: Validação da eficácia de mecanismos de priorização de tráfego de voz no backbone da RNP2 Determinação da capacidade de ligações VoIP em redes Wireless utilizando variados mecanismos de provisão de QoS

21 Perguntas? Contatos: Leandro C. G. Lustosa: Leandro S. G. de Carvalho: Paulo H. de A. Rodrigues: Edjair de S. Mota: Obrigado!