ZESZYTY N A U K O W E PO L IT EC H N IK I ŚLĄSKIEJ
Seria: INFO RM ATY KA z. 28
1995
N r kol. 1270
Izabela O LSZEW SK A Marcin DRO ZD OW SKI Jarosław GŁOW ACKI
T R A N S M IS JA M O W Y W Ś R O D O W IS K U S IE C IO W Y M NIE Z A P E W N IA J Ą C Y M M E C H A N IZ M Ó W C Z A S U R Z E C Z Y W IST E G O
Streszczenie. W pracy zawarta została analiza czasowa system u transmisji mowy w czasie rzeczywistym oraz opracowanie wykonanych dla tego systemu pom iarów i doświadczeń dotyczących transmisji m owy za pom ocą system u sieciowego nie zapewniającego m echanizm ów czasu rzeczywistego.
SPEECH D A TA T R A N SM ISSIO N IN THE N E TW O R K E N V IR O N M E N T NOT ENSURING REAL TIME M EC H A NISM S
Sum m ary. Tim e domain analysis o f real time speech data transmission system and the results o f m easurem ents and experiments dealing with speech data transmission on the network n ot ensuring real tim e mechanisms w ere presented.
DIE SP R A C H -Ü B E R T R A G U N G IM N E T Z W E R K -U M G E B U N G OHNE REALZEIT-MECHNISMEN
Zusam m enfassung. Die Zeitanalyse von Sprach-Übertragung System e unter den Realzeit-Bedingtheiten und entsprachende M essungen/Experimenten in eine Netzwerk orientierte C om puter System w urde in den V ortrag behandelt.
82 I. Olszewska, M. Drozdowski, J. Głowacki
1. Wprowadzenie
Praca zawiera rozw ażania na tem at istniejącego i działającego praktycznie systemu transmisji m owy [1], analizę jego funkcjonowania i dyskusję wyników testów przeprow adzonych w tym systemie.
Analizowany system transmisji m owy został opracowany dla lokalnych sieci komputerowych, których podsystem komunikacyjny opiera się na metodzie dostępu do m edium transmisyjnego CSM A/CD (standard IEEE 802.3), nie zawierającej mechanizm ów umożliwiających transmisję w czasie rzeczyw istym [3 - 6], pracujących pod kontrolą sieciowego systemu operacyjnego NetW are 3. lx firmy N O V ELL, Inc. [2, 8, 10 - 11], Praktyczna realizacja systemu oraz przeprow adzenie badań nastąpiły dla konfiguracji opartej na tzw. „cienkim Ethernecie” (ang. thin Ethernet) - wersja 10base2, dla której transmisja odbywa się w paśm ie podstawowym z prędkością do 10 Mbitów/s, w pojedynczym segmencie sieci o topologii magistrali [3], Praktycznie dla takiej prędkości transmisji w medium podstaw ow ym ograniczeniem dla przesyłania m ow y (szerokość pasma transmitowanego sygnału została przyjęta podobnie jak w publicznej sieci telefonicznej i jest równa 3,5 kHz) jest głównie szybkość stacji, pomiędzy którymi zachodzi transmisja oraz sprawność systemu operacyjnego i program u nadzorującego transmisję. System transmisji m ow y zawiera zarówno elementy sprzętow e, ja k i programowe i tworzy' funkcjonalną całość. Część jego elementów została opracowana i zaimplementowana bądź skonstruowana przez autorów niniejszej pracy. System ten umożliwia rejestrowanie i odtwarzanie dźwięku, przesyłanie i odczytywanie poczty głosowej oraz przeprowadzanie rozm ow y pom iędzy dwoma użytkownikami sieci [1, 2], W poszczególnych rozdziałach pracy omówiono system transmisji mowy w sieci komputerowej (rozdz. 2.), analizę parametrów transmisji (rozdz. 3.) oraz przeprowadzone doświadczenia (rozdz. 4.).
2. Opis systemu transmisji mowy w sieci komputerowej
Ogólne zasady i budow ę systemu transmisji m owy z punktu widzenia sprzętow ego ilustruje schemat blokowy przedstawiony na iys. 1.
Urządzenia w ejściowe i wyjściowe służą konwersji sygnału m ow y pom iędzy wejściem i wyjściem akustycznym a przetwornikami A/C i C/A. O program owanie pracujące na stacji roboczej sieci steruje buforowaniem informacji, pakowaniem i rozpakow yw aniem próbek oraz procesami zbierania i odtwarzania próbek oraz transmisji pakietów w sieci [1, 2],
Podczas transmisji w sieci komputerowej nieuniknione jest pow staw anie całego zespołu opóźnień mających duży w pływ na jakość otrzymywanego przez odbiorcę dźwięku oraz na stopień zrozum iałości rozm ow y prowadzonej za pośrednictwem stacji roboczych sieci. Na
Transmisja m o w y . 83
NADAJNIK
O D B I O R N I K
Rys. 1. Schem at blokow y systemu transmisji m ow y przez sieć kom puterow ą [1, 4]
Fig. 1. Błock diagram o f speech trausmission system on a Computer netw ork [1, 4]
całkowite opóźnienie składają się m.in. czas propagacji poprzez m edium transmisyjne, czas potrzebny na konw ersję w przetwornikach, spakowanie i rozpakow anie próbek, buforowanie, przejście przez detektor głosu, kodow anie i dekodow anie, przetw arzanie zgodne z algorytmem zastosowanych strategii obsługi wejścia i wyjścia systemu transmisji w sieci kom puterowej, itd.
Sumaryczny czas opóźnień nie powinien przekraczać w przypadku prowadzenia rozm ow y
84 I. Olszewska, M. Drozdowski, J. Głowacki
w czasie rzeczywistym 200-300 ms. Opóźnienia generowane przez system dzielą się na dwie grupy: opóźnienia stałe, które w analizie czasowej zostaną pominięte, oraz opóźnienia zmienne będące podstaw ą rozważań w niniejszej pracy i przeprowadzonych badań [2, 4], Opóźnienia stale to głównie czas propagacji przez sieć oraz czas obsługi sygnału poprzez system transmisji, opóźnienia zmienne powstają w wyniku zastosowania na poziomie dostępu do medium transmisyjnego losowej m etody CSM A/CD nie pozwalającej na ograniczenie czasu oczekiwania na transmisję [2, 7].
Podstaw ą nowoczesnych standardów przesyłania danych w sieciach kom puterowych jest model w arstw ow y opracowany przez M iędzynarodow ą Organizację Standardów (ang.
International Organization f o r Standarization) - ISO - „M odel Odniesienia dla Łączności System ów O tw artych” (ang. Open System s Interconnection Reference M odel), w skrócie OSI [10], Model I S O - O S I ulega w wariancie dla lokalnych sieci kom puterowych pewnym zmianom (rys. 2.). Najniższe warstwy Podsieci Komunikacyjnej Liniowa i Fizyczna podzielone są na trzy podwarstwy: Podw arstw ę Sterowania Kanałem Transmisyjnym (ang. Logic L ink Control) przejm ującą część funkcji W arstwy Liniowej, Podwarstw ę Dostępu do Medium Transmisyjnego (ang. M edium Access Contro!) odpowiadającą za m etodę dostępu (np. CSM A/CD), przejm ującą niektóre funkcje obu warstw, a także stanowiącą o jakości Podsieci Komunikacyjnej oraz Podw arstw ę F izy c zn ą -o d p o w ie d n ik zbioru większości funkcji spełnianych przez W arstw ę Fizyczną. Dokumenty dotyczące standardów trzech wymienionych podw arstw Lokalnych Sieci K om puterow ych zostały opublikowane pod wspólną nazw ą IEEE Project 802 [11], Poniew aż stosuje się do nich większość producentów - zostały one uznane także przez ISO. M odel warstwowy LAN, wspólnie stworzony przez ISO i IEEE, obejmuje w sumie osiem warstw' (dwie najniższe warstwy modelu ISO zostały zastąpione trzema warstwami modelu IEEE). Szczególną zaś jego cechą są m etody dostępu do medium transmisyjnego [2, 11], Dla potrzeb systemu NetW are został opracowany przez firmę NOVELL, Inc. model oparty na standardzie ISO-OSI przedstawiający realizacje poszczególnych w arstw dla sieci pracującej pod kontrolą systemu operacyjnego N etW are 3.1x. [8]. Usługi Warstwy Sieciowej i Transportowej noszących wspólną nazwę W arstw Transmisyjnych realizowane są przez protokoły: międzysieciowy i transportow y zgodne z de facto standardem XNS, których firm owe implementacje w ramach N etW are noszą odpowiednio nazwy: IPX (Internetwork Packet eXchange Protocol) i SPX (Sequenced P acked eXchange Protocol). Dla potrzeb systemu transmisji m ow y w sieci kom puterowej zostały wykorzystane mechanizmy protokołu SPX.
Transmisja m ow y w sieci kom puterowej realizowana jest na wszystkich poziom ach przedstawionego na rys. 2. modelu warstwowego. Opóźnienia powstające w warstwie obsługiwanej przez NetW are Shell oraz w warstwach transmisyjnych wynikają zarówno z szybkości oprogram owania systemowego i posiadanej przez użytkownika implementacji protokołów , ja k i z parametrów' zastosowanej konfiguracji sprzętowej. Na poziom ie podw arstw
Transmisja m ow y . 85
Model ISO-O SI Standard IEEE 802 Model NetW are WARSTWY:
PODSIEC KOMUNI
KACYJNA V.
APLIKACJI
PREZENTACJI
SE SJI
TRANSPORTOWA
SIECIOWA
U N I OWA
FIZYCZNA
i PODW ARSTW Y:
Ster&tvahia Kanälen D o&tpu Jo Medium
Fizyczna
APLIKACJE NetWare
CORE PROTOCOL
N e r (senver) emulator
NetniOS
Net Ware Shell (stacje robocze
I P X
S P X
Ethernet Token Âing iRCttei
m - ix m ä srjsE
Rys. 2. M odel N etW are na tle modelu ISO -O SI i standardu IEEE 802 Fig. 2. N etW are m odel in comparison to ISO -OSI Reference M odel and IEEE 802
standard
Sterowania K anałem , Dostępu do M edium i Fizycznej o szybkości przesyłania decyduje prędkość transmisji w m edium transm isyjnym i protokół dostępu CSM A/CD. W dalszej części pracy zostanie zanalizowany w pływ zastosowanej m etody dostępu do m edium transmisyjnego CSMA/CD na param etry transmisji m ow y i jakość przeprow adzanej rozm ow y, ponieważ opóźnienia generow ane przez w ybór tej metody kwalifikuje się ja k o zm ienne, pozostałe zaś rodzaje opóźnień m ożna uznać za stałe i pominąć w dalszej analizie czasowej systemu transmisji mowy w' sieci kom puterow ej.
3. Analiza wartości parametrów transmisji mowy w sieci komputerowej
Metoda dostępu do m edium transmisyjnego CSM A/CD jest m etodą losow ą, nie zapewniającą w swej wersji podstaw ow ej system u czasu rzeczywistego. Szczegółow e opisy i analizę tej metody przedstawia wiele publikacji. Literatura [7] podaje m etody ustalania param etrów protokołu dostępu CSM A/CD w przypadku, gdy rozkład źródła zgłoszeń je st rozkładem Poissona.
Param etrem charakteryzującym dostęp do m edium transm isyjnego CSM A/CD je st średni czas oczekiwania na transm isję t 0 .
86 I. Olszewska, M. D rozdowski, J. Głowacki
(
1)
n - ilość w ysianych pakietów,
ta - czas kolejkowania na wejściu - czas oczekiwania na transmisję dla pojedynczego pakietu.
Średni czas oczekiwania na transmisję t0 jest funkcją param etru rozkładu strumienia zgłoszeń X , dla którego określone jest także praw dopodobieństwo poprawnej transmisji pakietu p definiowane dla przypadku transmisji m owy w czasie rzeczywistym ja k o prawdopodobieństwo, że sumaryczne opóźnienie spowodowane popraw ną transm isją w sieci kom puterowej nie przekroczy zadanej w artości. Najczęściej za nieprzekraczalną w artość opóźnienia przyjmuje się czas T,, = 300 ms.
tp - czas propagacji przez medium transmisyjne dla pojedynczego pakietu.
Czas propagacji przez medium transmisyjne dla pojedynczego pakietu jest stały w przypadku magistrali i dwóch stałych stacji roboczych.
W przypadku podejścia empirycznego, przy założeniu nieskończonej ilości prób transmisji mowy w sieci kom puterowej, stałej długości pakietu (/ = const), stałego obciążenia sieci oraz, że w przypadku opóźnienia przekraczającego zadany czas TP cały pakiet z danymi kwalifikowany jest jako przesiany nieprawidłow o, prawdopodobieństwo poprawnej transmisji można określić jako
n, - ilość traconych pakietów podczas transmisji w próbie.
Poniew aż próbki zawierające kwantowany sygnał m ow y m ogą być tracone nie tylko w wyniku błędnej transmisji p ak ietu jak o parametr określający jakość transmisji w sieci został zdefiniowany procent traconych próbek - vT
p = ¥ ( t < TP ), (2)
t - sum aryczny czas transmisji przez sieć dla pojedynczego pakietu, gdzie
(3)
p = l i m ---n om (4)
m - ilość prób,
na - ilość odebranych pakietów podczas transmisji w próbie.
(5)
Transmisja m ow y . 87
vb - ilość próbek traconych z przyczyn innych niż błędna transmisja pakietu, a dla określonej ilości prób
n * Vp (7)
v = n *v + v Łyt I y p ^ vb*
V = tl*Vp
V,*100% , (8)
v
v, - ilość traconych próbek, v - ilość próbek wysłanych.
W prowadzając do analizy element obciążenia m edium transmisyjnego, trzeba także uwzględnić pakiety transm itow ane aktualnie w sieci, a nie będące pakietami zawierającymi informację głosow ą i nie pochodzącym i z systemu transmisji m ow y w sieci komputerowej.
Analizę będziemy przeprow adzać dla pojedynczego przedziału czasowego. Niech
S - przepustow ość liczona w pakietach o przyjętej stałej długości i stała w przypadku sieci o topologii magistrali.
Średni czas oczekiwania pakietu na transmisję jest proporcjonalny do obciążenia sieci [7], a prawdopodobieństwo poprawnej transmisji odw rotnie proporcjonalne do obciążenia medium transmisyjnego. Przy przekroczeniu przez sumaryczny czas transmisji wartości T (sytuacja ta jest związana ze w zrostem obciążenia) praw dopodobieństw o poprawnego przesłania dla sygnału mowy jest równe 0.
Wzrost obciążenia w medium transmisyjnym jest spow odow any nie tylko transmisją me związaną z przesyłaniem m ow y, ale także zm ianą długości pakietów wykorzystywanych w systemie. Ram ka protokołu SPX składa się z dwóch części, którymi są nagłówek o stałej długości 42 bajtów i pole przesyłanych danych o długości nie ograniczonej przez normy (rys. 3.).
N - ii + s , (9)
s - ilość pakietów w sieci nie będących pakietami systemu transmisji głosu, N - ilość wszystkich pakietów w sieci,
wtedy obciążenie m edium transmisyjnego - O
O = — *100%,
S
(
1 0)
88 I. Olszewska. M. Drozdowski, J. Głowacki
N A G Ł Ó W E K - 42 baj ty D A N E
Rys.3. Schemat form atu ramki protokołu SPX Fig. 3. Diagram o f SPX protocol frame
Powodem wzrostu obciążenia sieci, przy założeniu stałej częstotliwości próbkowania, stałego obciążenia sieci spowodowanego transmisją zewnętrzną, jest zwiększenie ilości przesyłanej informacji spow odow ane zmniejszeniem długości transm itowanych ramek. Przy zmniejszeniu rozmiaru ram ek wzrasta ich liczba konieczna do przesyłania tej samej ilości informacji, a tym samym ilość transm itowanych nagłów ków ramek. Stosunek długości nagłówka do sumarycznej długości ramki jest określany jako nadm iarowość transmitowanej informacji l„. W zrost nadm iarowości pow oduje wzrost obciążenia medium transmisyjnego.
/ = / „ +<» . (11)
/ „ = ^ * 1 0 0 % , (12)
/ - długość pakietu, /„ - długość nagłówka, ld - długość danych.
Dla założonej stałej długości pakiem, przy pozostałych warunkach nie zmienionych, obciążenie sieci będzie w zrastać w raz ze zwiększaniem się częstotliwości próbkowania / transm itowanego sygnału mowy. Ilość przesyłanych pakietów w jednostce czasu zależy
bezpośrednio od częstotliwości próbkowania.
n = l * f * b , (13)
ld
b - ilość bitów dla zapisu pojedynczej próbki.
Transmisja m ow y 89
4. Pomiary i doświadczenia w systemie transmisji mowy w sieci komputerowej
W tym rozdziale pracy zostały przedstawione wyniki pom iarów przeprowadzonych w zrealizowanym systemie transmisji m ow y w sieci kom puterowej.
Wykres przedstaw iony na rys. 4. ilustruje pow stałe podczas przesyłania pakietów z próbkowanym sygnałem m ow y przez medium transmisyjne zależności pom iędzy procentem traconych próbek vT a długością pola danych pakietu Id i częstotliwością próbkowania f . Parametr vr został obliczony w g w zoru (8), gdyż ilość przeprow adzonych prób była ograniczona.
Każdemu punktow i na w ykresie odpowiadają średnie wartości param etrów uzyskane jako średnie arytm etyczne w yników wielu pom iarów. Punkty na w ykresie zostały połączone w celu ułatwienia interpretacji tendencji uzyskanych wartości. Przew iduje się, że dla pom iarów przy ciągłych zmianach param etrów częstotliwości próbkowania i długości pakietu w ykres miałby kształt podobny do uzyskanego m etodą dyskretną.
I d
— 2 0 / / ~ ~ 7 ~ ■ / "7 y 300 D łu gość
pakietu [bity]
16000 J 4 0 0 0 p o o o I- W U 10000 lfvw i " ' SOOO z n mA 1 00 60 0 0 4000 f C zęstotliw ość próbkowania [Hz]
Rys. 4. W ykres zależności ilości traconych próbek w funkcji częstotliwości próbkowania i długości pakietu
Fig. 4. The num ber o f lost samples as a function o f sample frequency and packet length
90 I. Olszewska, M. D rozdow ski, J. Głowacki
Badania i pom iary w poszczególnych punktach wykresu zostały przeprow adzone dla w przybliżeniu stałej w artości param etru obciążenia m edium transmisyjnego (przyjęto O = const) i wynoszącej ze w zoru (10)
0 = —— -* 1 0 0 % , 5 = const, n = const. (14)
S
W artość param etru s została ustalana jako w przybliżeniu wynosząca 0.
Jak wynika z rozw ażań teoretycznych, dla stałej długości pakietu (/ = const) w raz ze wzrostem częstotliwości próbkowania / wzrasta też procent przesyłanych próbek n. (patrz w zór (13)), a w ięc także i procent odrzuconych próbek vr .W zrost ten jest w przybliżeniu funkcją liniową. Do opóźnień transmisji (dostępu do medium) dochodzi także możliwość strat niektórych próbek na skutek braku czasu dla ich obsłużenia, ponieważ rośnie ilość napływającej do odbiornika informacji, którą należy odpowiednio przetworzyć.
Ograniczeniem dla przeprowadzanych badań praktycznych dla różnych częstotliwości próbkowania jest prędkość przetwarzania wybranych w tym celu kom puterów (granica górna częstotliwości) oraz zasady umożliwiające ponowne odtw orzenie z postaci dyskretnej sygnału analogowego (z dopuszczalnym błędem) sform ułow ane w twierdzeniu Shannona (granica dolna częstotliwości) nakładającym na częstotliwość próbkowania warunek:
/ = 2/ s = const, (15)
gdzie / - graniczna częstotliwość próbkowanego sygnału.
/</ D ługość pakietu [bity]
Rys. 5. N adm iarow ość transmisji w funkcji długości pakietu z danymi Fig.5. Transmission redundancy as a function o f data packet length
Transmisja m ow y . 91
W raz ze w zrostem w artości długości pakietu / dla stałej częstotliwości próbkowania / parametry przesyłania głosu (ilość odrzuconych pakietów) poprawiają się (rys. 4.) i zależność ta jest w przybliżeniu exponencjalna. Jest to spow odow ane głównie zmniejszaniem się nadmiarowości przesyłanej informacji kontrolno-sterującej zawartej w nagłówkach ramek protokołu SPX. Zależność pom iędzy nadm iarow ością transmisji lD (12) a sum aryczną długością transmitowanego pakietu ilustruje w ykres na rys. 5. N ajlepszą (najniższą) w artość param etru ilości odrzucanych pakietów uzyskuje się dla maksymalnej długości ram ki wykorzystanej w badaniach wersji protokołu SPX - 1045 bitów danych i można przewidywać stałą popraw ę dla coraz większej długości ramki. Dla większych długości pakietów zmniejsza się wrażliwość na zakłócenia w dostępie do m edium, ponieważ dla pewnej ilości danych przesyłanych w jednym pakiecie sum aryczne praw dopodobieństw o kolizji w łączu jest znacznie niższe niż dla takiej samej ilości danych przesyłanych w kilku pakietach.
W ykres na rys. 6. przedstawia zależność pom iędzy procentem traconych podczas transmisji pakietów n T a obciążeniem medium transmisyjnego O. Pom iary zostały przeprow adzone dla większej ilości różnych wartości param etru O, na wykresie przedstawiono jedynie te, dla których udało się przeprow adzić większą liczbę pomiarów i stąd zostały uznane za wielkości reprezentatywne.
■i-i h i m ; i i i i 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 2 3 2 5 2 7 2 9 31 3 3 3 5 3 7 3 9 41 4 3 4 5 4 7 4 9 51 5 3 5 5 5 7 59
O Obciążenie medium transmisyjnego [%]
Rys. 6. W ykres zależności ilości traconych próbek od obciążenia m edium transmisyjnego Fig. 6. The num ber o f lost samples as a-function o f transmission m edium load
92 I. Olszewska, M. Drozdow ski, J. Głowacki
Pom iary zostały przeprow adzone w w arunkach stałej długości pakietu / = 1045 bitów - jest to najdłuższa możliwa w artość param etru długości pakiem dla zastosowanego protokołu SPX oraz dla stałej częstotliwości próbkowania / = 16000 Hz, która jest najwyższą m ożliw ą do osiągnięcia przez system transmisji głosu na zastosowanych w nim do doświadczeń kom puterach. Parametry te dają w warunkach pom iarow ych najlepszą jakość transmisji i odbierania sygnału m owy.
W raz ze w zrostem wielkości obciążenia medium transmisyjnego nastąpił w zrost ilości traconych podczas transmisji pakietów. Wyniki tego doświadczenia są w ięc praktycznym potwierdzeniem teorii, że w raz ze wzrostem obciążenia medium transmisyjnego maleje prawdopodobieństw o poprawnej transmisji pakietu. Zależność ta jest w przybliżeniu liniowa, ponieważ jako czynnik w zrostu obciążenia nie wchodzi param etr nadm iarow ości transmisji
długość transm itow anych pakietów jest stała.
Jako m aksymalna w artość obciążenia medium transmisyjnego zostało przyjęte 59%.
Ponieważ doświadczenia przeprow adzane były w praktycznie istniejącymi działającym systemie, ograniczeniami dla nich były także parametry' środowiska systemu transmisji m ow y w sieci komputerowej. Dla zastosow anej wersji operacyjnego systemu sieciowego N O V E L L NetW are 3,11 obciążenie w ynoszące ok. 60% jest ju ż obciążeniem granicznym i dalsze jego zwiększanie m oże spow odow ać awarię systemu.
Rys. ' Wy kres zależności jakości otrzym anego na wy jściu sygnału mowy od częstotliwości próbkowania i długości pakietów
c tg 7.. 1 h e cuA.ery o f th e ocqpct speech signal as a function o f sample frequency and packet length
!SVV
1400
700
jo o Długość p a k i e m [ b ity ]
300
j1 3 0 0 l c w o
SOX' f Czestoihvvwc próbkowania [Hz]
Transmisja m o w y . 93
Oprócz doświadczeń prowadzących do określenia ilości traconych podczas transmisji pakietów nT zostały przeprow adzone także próby określające w artość param etru jakości otrzymanego na wyjściu sygnału m ow y Q. Wyniki zobrazow ano na rys. 7. Badania zostały przeprowadzone dla identycznych ja k w przypadku pom iarów ilości traconych pakietów warunków. O trzym ane w yniki były jednak różne.
Ponieważ jakość głosu po obróbce cyfrowej zależy od takich czynników ja k m.in.
częstotliwość próbkowania, ilość popraw nie odtw orzonych próbek, przerw spow odowanych nieciągłością transmisji, długości pakietów, opóźnień i in., dokonana została subiektywna oceny jakości rozmowy. Subiektywizm tej oceny opiera się na indywidualnych odczuciach określających ją osób, rozciągłości czasowej badań i długiej serii prób, która m ogła spow odow ać stopniowe przedefiniowanie skali ocen. Przyjęta została następująca skala ocen, w g której przyznaw ana była odpowiednia ilość punktów :
1 punkt - rozm ow a niezrozum iała,
2 punkty - m ożn a zro zu m ieć ty lk o p ojedyn cze sło w a , 3 - rozm ow a w w ięk szo ści zrozum iała,
4 - w s z y stk ie sło w a są zrozum iałe, a le ja k o ś ć je st g o rsza n iż w przypadku rozm ow y telefonicznej,
5 - rozm ow a k la są odpow iadająca rozm ow ie za p o m o c ą publicznej sieci telefonicznej,
6 - dob rze sły sz a ln e zabarw ienie dźw ięku,
7 - ja k o ś ć ro zm o w y p orów nyw alna z rozm ow ą naturalną w dobrych w arunkach sły sza ln o ści,
8 - ja k o ś ć r o zm o w y bardzo dobra.
Wyniki pom iarów num erycznych ilości traconych próbek (rys. 7.) niekoniecznie muszą odzwierciedlać ja k o ść rozm ow y. W raz ze w zrostem długości przesyłanego pakietu jakość transmitowanej m ow y rośnie, albo przynajmniej nie maleje. Zależności są tu w ięc bardzo podobne jak w przypadku ilości traconych próbek. Przy stałej długości pakietów najlepszą jakość sygnału m owy otrzym uje się nie dla największej częstotliwości próbkow ania (jak należałoby się spodziewać), lecz dla częstotliwości ok. 8000 - 10000 H z W paśm ie wszystkich częstotliwości próbkow ania ja k o ść ta niewiele się zmienia. Oscylacje w artości param etru jakości mowy nie przekraczają średnio dwóch punktów . Największe wahania w ystępują pom iędzy 4000 a 7000 H z W tych granicach dla przyjętej szerokości pasm a transm itow anego głosu równej 3,5 kHz nie jest spełnione tw ierdzenie Shanonna. Jakość sygnału głosow ego nie m oże być dobra, jeżeli nie próbkujem y i odtw arzam y z w ym aganą dla danej szerokości pasma częstotliwością. Optym alne wartości częstotliwości próbkowania m ieszczą się w przedziale 8 - 1 0 kHz, dla którego o jakości mowy' decyduje reguła wynikająca z tw ierdzenia Shannona.
Dla wyższych częstotliw ości spadek jakości m ow y spow odow any je st w zrostem wartości parametru ilości traconych próbek podczas transm isji Zwiększenie się procentu braków
94 I. Olszewska, M. D rozdow ski, J. Głowacki
odtwarzanych próbek decyduje o spadku param etrów jakości rozm ow y prow adzonej za pom ocą systemu transmisji m ow y w sieci komputerowej.
Param etry jakości systemu transmisji m owy w funkcjach uzależniających ich wartości od param etrów środow iska dobrze charakteryzują ten system. Przeznaczeniem jego jest umożliwienie prow adzenia rozm ow y w sieci komputerowej pom iędzy dw om a użytkownikam i tej sieci System transmisji powinien być więc stosunkowo niezależny od zmian środowiska, w którym funkcjonuje i dostarczać niezależnie od niego usługi o satysfakcjonującej użytkownika ja k o ści P odstaw ow ym niebezpieczeństwem dla systemu transmisji m ow y w czasie rzeczywistym w otoczeniu nie zapewniającym mechanizmów czasu rzeczywistego są powstające podczas całościowej transmisji i przetwarzania sygnału opóźnienia, a przede w szystkim opóźnienia zmienne wynikające z losowej m etody dostępu do medium transm isyjnego [1, 2]. System transmisji m ow y został przebadany zarówno pod względem ilościowym (analiza ilości traconych próbek), ja k i jakościow ym (analiza jakości otrzymanego na wyjściu system u głosu). Pomijając sytuacje skrajne, w których zarówno ilość traconych próbek, ja k i jakość m ow y nie gwarantowała należytego kom fortu prowadzenia rozmowy, system zachowuje się popraw nie i m oże być wykorzystywany do celów, do których został przeznaczony mimo istniejącej bariery braku mechanizm ów czasu rzeczywistego.
Transmisja m ow y 95
L IT E R A T U R A
[1] Olszewska I., D rozdow ski M ., Głowacki J.: Transmisja mowy w środowisku sieciowym N O VELL NetW are. - w druku.
[2] Olszewska I., D rozdow ski M ., Głowacki J.: Przesyłanie głosu i p o czta głosow a w sieci NOVELL NetW are. Praca Dyplomowa. Instytut Sterowania i Techniki System ów Politechniki W rocław skiej, W rocław 1993.
[3] Zydorow icz T.: P C i sieci komputerowe. W ydaw nictwo PLJ, W arszawa 1993.
[4] Suda T., Bradley T. T.: P acketized Voice/Data Integrated Transmission on a Token Passing R in g L o ca l A rea N etw ork IEEE TRA N SA CTIO N S ON COM M UNICATIO NS:
Vol. 37. No. 3. M arch 1989, 238 - 244.
[5] Gaitonde S. S., Jacobson D.W ., Pohm A. V.: B ounding D elay on a M ultifarious Token Ring N etw ork Com m unications o f the ACM: January 1990. Vol. 33. No. 1., 20 - 28.
[6] Nutt G. J., B ayer D. L.: Perform ance o f CSM A/CD Networks Under C om bined Voice an d Data Loads. IEE E TRA N SA CTIO NS ON CO M M U N ICA TIO N S: Vol. Com .-30. No. 1.
January 1982, 6 - 11.
[7] Tobagi F. A., H unt V. B.: Perform ance A nalysis o f Carier Sense M ultiple Access with Collision D etection. N orth -Holland Publishing Com pany C om puter N etw orks 4 (1980), 245 - 259.
[8] Networking Technologies Course. Student M anual. Course 200. Novell, Inc.
[9] Rasli W. Jr., Stephenson P. R.: N ovell o d A do Z. Intersoftland, W arszawa 1992.
[10] Wolisz A.: Podstaw y lokalnych sieci kom puterowych. Sprzęt sieciowy. Tom 1.
Wydawnictwa Naukow o-Techniczne, W arszawa 1990.
[11] Wolisz A.: P odstaw y lokalnych sieci komputerowych. Oprogramowanie komunikacyjne i usługi sieciowe. T om 2. W ydawnictwa N aukow o-Techniczne, W arszawa 1992.
[12] Basztura Cz.: Rozm aw iać z komputerem. W ydaw nictwo Prac Naukow ych „FO R M A T”, Wrocław 1992.
Recenzent: D r inż. M arek Błaszczyk
Wpłynęło do Redakcji 27 października 1994 r.
96 I. Olszewska, M. D rozdow ski, J. Głowacki
A b s t r a c t
This paper contains the description and tim e domain analysis o f the speech data real time transmission system that enables making calls between any tw o users o f the netw ork. The system w as w orked out for local area networks, running under N O V E L L netw ork operating system N etW are 3.1x, w hose com munication subsystem is based on random access to transmission m edium CSM A /CD (DEEE 802.3 standard). W e also present som e results o f the measurements, experiments and tests perform ed on our system. The diagrams illustrate the relations between the percentage o f lost samples and packet length, sample frequency, and netw ork load during the transmission o f sampled speech data packets. Considering specificity o f the transmission some perform ance (subjective) quality tests o f speech data transmission w ere m ade. The quality of transmission depends on sample frequency, the num ber o f correctly reconstructed samples, transmission breaks and signal propagation tim e delays.
