2.2 Принципы организации передачи голоса и видеоинформации по сетям ip. Передача голоса через ip-сеть. Инкапсуляция голосовых данных и расчет пропускной способности канала

Голос для передачи по сети сначала попадает на вход цифрового сигнального процессора DSP (DigitalSignalProcessor), где он порциями кодируется определенным кодеком. Выход с DSP инкапсулируется в PDU (единица данных протокола — фреймы, пакеты) и передается по сети.

При доставке данных реального времени, таких как голос, метод определения PDU, несущих голос, является необходимым. Если обнаруживается такой PDU, можно применить механизмы ускорения его передачи.

Технология VoFR (VoiceoverFrameRelay — передача голоса по каналам FrameRelay) использует специальный заголовок FRF.11. Этот заголовок занимает, как минимум, три байта и служит для определения типа данных, которые содержатся во фрейме. Устройства VoATM (Voiceover ATM — передача голоса по каналам ATM) используют такой же заголовок.

Пропускная способность канала, занимаемого одним голосовым звонком, зависит от следующих компонентов:

• используемый кодек;

• размер полезной нагрузки в пакете;

• размер служебной информации в пакете.

Различные кодеки (сокращение от "кодер-декодер" — компонент системы, обеспечивающий сжатие и распаковку определенных данных) требуют разную полосу пропускания:

Занимаемую полосу пропускания можно вычислить, основываясь на битрейте (число битов потока, передаваемых за секунду; основная характеристика видео- или аудиопотока при сжатии) кодека, издержке пакетизации и размере полезной нагрузки в пакете.

Размер полезной нагрузки зависит от размера голосового сэмпла (звукового файла), который является величиной конфигурируемой и непосредственно влияет на требуемую полосу пропускания. Голосовой сэмпл — это выход с процессора DSP, инкапсулирующийся в PDU. Cisco использует DSP, обрабатывающие по 10 мс голоса. Оборудование Cisco по умолчанию инкапсулирует в PDU 20 мс голоса вне зависимости от используемого кодека. Это значение можно изменить, но при его увеличении требуемая полоса пропускания уменьшается, что может привести к увеличению переменных задержек (так называемых джиттеров — jitter) и появлению ощутимых разрывов в звучании, если пакет не дойдет до пункта назначения.

Проблемы использования сети передачи данных для передачи голоса

В традиционной телефонии голос имеет гарантированную фиксированную задержку при передаче и гарантированную полосу пропускания для каждого звонка. В сети передачи данных для передачи голоса требуется низкая задержка, минимальные джиттеры и потери пакетов.

Проблемы качества передачи голоса включают:

1. Потери пакетов. Голосовые кодеки способны восполнять небольшие потери, но если они выше некоторого предела, то возможно прерывание голоса.

2. Задержка. Сквозная задержка — это время, которое требуется для передачи пакета от передающего на принимающее устройство. Задержка складывается из постоянной и переменной составляющих. Постоянная составляющая может быть оценена при проектировании сети. Примеры постоянных задержек — время прохождения сигнала по сети, задержка кодирования, время пакетизации. Перегруженные очереди на интерфейсах и время выкладывания данных на физическую среду передачи данных (Serializationdelay) рождают переменные задержки. Время выкладывания данных на физическую среду является функцией от скорости канала и размера пакета — чем больше пакет и меньше скорость канала, тем больше это время. Несмотря на то что это отношение известно, время выкладывания данных на физическую среду отнесено к переменным задержкам, потому что больший пакет может войти в очередь на интерфейсе в любой момент перед голосовым пакетом. В этом случае голосовой пакет будет ждать в очереди на интерфейсе, пока не будет обработан пакет перед ним.

3. Различие времени задержек передачи от пакета к пакету (джиттер) — разница между ожидаемым и фактическим временем прихода очередного пакета. VoIP-устройства используют специальный буфер для установления постоянного темпа обработки пакетов, таким образом достигается плавность звучания голоса.

Принцип передачи видео по сети IP

Для того чтобы интегрировать вещательное видео пакетной природой IP-сетей, необходимо преодолеть несколько технологических барьеров. Только тогда результат такого объединения будет работоспособным. Первый из таких барьеров — джиттер. Файлы, содержащие видео, имеют очень большие размеры, чтобы передать по сети целый файл, можетпонадобиться несколько часов. Выход состоит в том, чтобы воспроизводить видео по мере загрузки пакетов. Тем не менее, из-за таких факторов, как изменение маршрутизации, перегрузка сети или сдвиг по времени, пакеты не всегда приходят с одинаковой скоростью, а порой меняется и порядок их прихода. Таким образомджиттер представляет собой изменение времени задержки между пакетами данных и выражается в неравномерной передаче видео. Стандарт DVB допускает джиттер до 50 нс (DVB-C (VHF/UHF) используется QAM: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM или 256-QAM), но типичный сетевой джиттер может достигать 100 мс. При использовании улучшенной технологии, основанной на сложных алгоритмах управления буфером можно снизить джиттер до определенного стандартом DVB значения и добиться приемлемого качества видео. В буфере пакеты сохраняются по мере их прихода. Они собираются в буфере еще до того, как будут использоваться, поэтому можно добавить даже пакеты, пришедшие с опозданием. Вторым барьером является потеря пакетов - обычное для сети явление, случающееся в моменты перегрузки сети. Пакеты выпадают, что выражается в появлении видимых “дыр” в видео. Для решения этой проблемы применяются алгоритмы FEC (системы прямого исправления ошибок). Есть еще проблема изменения порядка следования пакетов. Она имеет место потому, что пакеты посылаются разными маршрутами, которыетотличаются скоростью передачи и количеством сетевых узлов. Для ее решения можно использовать технологию упорядочивания пакетов на основе RTP-инкапсуляции, гарантирующей последовательную передачу видео.