Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Обзор'
Прибытие в Хельсинки ориентировочно в 14 00. Размещение в отеле.Обзорная экскурсия по Хельсинки 1,5 ч На обзорной экскурсии Вы познакомитесь с самыми ...полностью>>
'Документ'
В рамках курсовой работы на основе анализа финансово-хозяйственной деятельности предприятия, финансовой модели предприятия и анализа внешней среды до...полностью>>
'Урок'
Стратегия интегральной модернизации России, выдвинутая Президентом Д.А. Медведевым, имеет существенную, но пока недостаточно проясненную глобальную п...полностью>>
'Курс лекций'
Термин “философия” греческого происхождения. Образован он соединением двух слов: philos, что означает любовь, или philia — дружба, привязанность, сим...полностью>>

Мовного трафіку в мережах з пакетною комутацією

Главная > Автореферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Харківський національний університет радіоелектроніки

БОБРИЦЬКИЙ Сергій Михайлович

УДК 621.391

МЕТОДИ АНАЛІЗУ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ ПЕРЕДАЧІ

МОВНОГО ТРАФІКУ В МЕРЕЖАХ З ПАКЕТНОЮ КОМУТАЦІЄЮ

05.12.02 – Телекомунікаційні системи та мережі

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2011

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки, молоді України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Саваневич Вадим Євгенович, Харківський національний університет радіоелектроніки, професор кафедри електронно-обчислювальних машин

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Поляков Петро Федорович, Центр сертифікаційних випробувань та експертиз в системі транспорту «Транссертек» Міністерства інфраструктури України, директор;

кандидат технічних наук, доцент Макаров Сергій Анатолійович, Харківський університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, начальник науково-дослідного відділу проблем розвитку та науково-технічного супроводження засобів зв’язку і радіотехнічного забезпечення Наукового центру Повітряних Сил.

Захист відбудеться «____» грудня 2011 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.09 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: Україна, 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: Україна, 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

Автореферат розісланий «____» листопада 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Є.В. Дуравкін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Послуги, пов'язані з мовним нееластичним трафіком, в значній мірі визначають сучасні тенденції розвитку телекомунікаційних технологій. Відповідність зростаючим вимогам якості є необхідною умовою реалізації зазначених послуг. В даний час дана відповідність можлива виключно завдяки поетапному втіленню пакетної передачі даних в мережевих інфраструктурах різних сервіс-провайдерів.

Контроль, аналіз, оцінка показників якості, як ступені задоволення користувача послугою, є невід'ємною частиною таких важливих процесів в життєвому циклі телекомунікаційних систем як проектування, модернізація та експлуатація. Формування адекватних оцінок параметрів якості ускладнюється маскуванням різними кодеками втрат пакетів і джитера. Подолання протиріччя між високими вимогами до адекватності оцінки параметрів якості передачі мовного трафіку в ТКС і зазначеним маскуванням можливе виключно на основі спільного аналізу якості пакетної передачі мови на пакетному і контентному рівнях, що враховують основні особливості передачі мови в сучасних ТКС.

Додатковим доказом на користь актуальності теми дослідження є активний розвиток автоматизованих мовних технологій. До останніх, наприклад, можуть бути віднесені технології перевірки прав доступу до каналів зв'язку, обчислювальних систем, баз даних, банківським рахункам, службових приміщень, пристроїв і механізмів. Необхідність підвищення точності аналізу показників якості обслуговування стимулює також і криміналістична експертиза. Значний інтерес представляють аналізатори мови для контакт-центрів, які дозволяють швидко проникнути в суть розмови з клієнтом і зрозуміти основні причини проблем, які виникають.

У зв'язку з цим актуальною є наукова задача, яка полягає в удосконаленні методів спільного аналізу показників якості передачі фрагментів мовного трафіку на пакетному і контентному рівнях, що враховують основні особливості кодування, декодування і передачі мови в у мережах з пакетною комутацією.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов'язана з реалізацією основних положень «Концепції національної інформаційної політики», «Концепції Національної програми інформатизації», «Основних принципів розвитку інформаційного суспільства в Україні на 2007 - 2015 року» та «Концепції конвергенції телефонних мереж і мереж з пакетною комутацією в Україні». Результати роботи використані при виконанні науково-дослідної роботи «Дослідження інформації на цифрових носіях» (ДР 0108U000448), в якій автор виступав науковим керівником.

Мета роботи полягає у вдосконаленні методів і критеріїв спільного аналізу якості передачі мови на пакетному і контентному рівнях, які враховують основні особливості передачі мови.

Завданнями дослідження є:

  • розробка методу виявлення інтервалів угрупування втрат мовних пакетів у мережах з пакетною комутацією з використанням кодеків із придушенням пауз мови і компенсацією втрат;

  • розробка фонемного методу визначення спектрально-часових характеристик мовних фрагментів, переданих в мережах з пакетною комутацією;

  • розробка методу визначення частот мовних формант, який враховує наявність декількох формант у мовних фрагментах і факт оцінки частот формант мовних сигналів по значеннях сукупності потенціалів кінцевої гребінки смугових фільтрів;

  • розробка методу спільного аналізу показників якості передачі мовного трафіку на пакетному і контентному рівнях, що враховує спільний вплив групових втрат, угрупувань втрат і джитера мережевої затримки в періоди мовних активностей і пауз.

Об’єкт дослідження – процес кодування, передачі і декодування мовного трафіку в мережах з пакетною комутацією.

Предмет дослідження – методи аналізу показників якості передачі мовного трафіку в мережах з пакетною комутацією на пакетному і контентному рівнях.

Методи дослідження. Протягом розробки методів визначення характеристик та ідентифікації мовних фрагментів використовувалися Фур'є-аналіз, теорія ймовірності і математична статистика. Додатково при оцінці характеристик формант мовних фрагментів використовувалася теорія групування вибірок; при об'єднанні пофонемних спектральних ознак для ідентифікації мовних фрагментів використовувалася теорія перевірки багатоальтернативних гіпотез; при виявленні інтервалів часу, які відповідають загубленим пакетам, використовувалася теорія вейвлет-аналізу.

Наукова новизна отриманих результатів. Під час розв’язання поставленої наукової задачі автором було отримано такі нові наукові результати:

  • удосконалено фонемний метод визначення спектрально-часових характеристик мовних фрагментів, переданих в мережах з пакетною комутацією, що відрізняється виключенням тимчасових інтервалів, які відповідають загубленим пакетам, а також використанням удосконаленого методу визначення параметрів мовних формант. Метод дозволяє істотно підвищити точність оцінок зазначених характеристик;

  • удосконалено метод визначення частот мовних формант, заснований на математичній моделі групованих вибірок, що відрізняється урахуванням наявності декількох формант у мовних фрагментах і урахуванням факту оцінки безперервних параметрів по дискретному простору спостережень (оцінюються континуальні частоти формант мовних сигналів за значеннями сукупності потенціалів гребінки смугових фільтрів). Метод дозволяє досягти потенційної точності оцінок частот формант за фрагментами мовних сигналів, переданих в мережах з пакетною комутацією;

  • удосконалено метод VqMW спільного аналізу показників якості передачі мовного трафіку на пакетному і контентному рівнях, який вперше враховує спільний вплив групових втрат, угруповань втрат і джитера мережевої затримки в періоди мовних активностей і пауз, заснований на корекції показників якості шляхом аналізу мовного контенту з виявленням інтервалів активності мови при відключеній опції придушення пауз мови (VAD) і аналізі статистики заголовків стека RTP/RTCP, що забезпечує адекватну оцінку показників якості передачі мовного трафіку в мережах з пакетною комутацією;

  • удосконалено метод виявлення інтервалів угруповання втрат мовних пакетів по пакетним мережам з використанням кодеків з придушенням пауз мови і компенсацією втрат, заснований на аналізі фрагментів мовного трафіку в вейвлет-базисі Мейера, що дозволяє визначити розташування і тривалості зазначених угруповань і виключити їх з аналізу мовного трафіку на контентному і пакетному рівнях.

Практичне значення дисертаційної роботи полягає в наступному. Розроблена в роботі сукупність методів спільного аналізу показників якості передачі мовного трафіку на пакетному і контентному рівнях забезпечує високий рівень адекватності. Розроблений метод VqMW особливо ефективний при угрупованню втрат, помилка VqMW, становить не більше 5%, в порівнянні з помилкою 10-15% при використанні NIMD методу VqMON, заснованого на обробці статистики на рівні заголовків пакетів RTP / RTCP. Можливе проведення аналізу показників якості передачі мовного трафіку, в режимах INMD і IMD. Метод оцінки формантних характеристик дозволяє оцінити частоти формант мовних сигналів з СКВ не перевищує десятка герц. Метод VqMW може бути реалізований на реальному обладнанні VoIP, не вимагає зміни програмно-апаратної структури обладнання, що робить його придатним в системах моніторингу якості VoIP провайдерів. Запропоновані методи аналізу показників якості передачі мовного трафіку в пакетних мережах використані в навчальному процесі кафедри телекомунікаційних систем Харківського національного університету радіоелектроніки, зокрема в дисципліні «Багатофункціональні системи абонентського доступу». Використання результатів дисертаційної роботи підтверджено відповідними актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. У роботах, виконаних у співавторстві, особисто Бобрицькому С.М. належать такі наукові результати: в статті [1] автором проведено дослідження ефективності комп’ютерного комплексу для аналізу викривлень сигналів в каналах зв’язку; в статті [2] автором досліджено кореляційний метод виявлення інтервалів групових втрат мовного потоку в каналах зв’язку; в роботі [3] автору належить розробка фонемного методу визначення спектрально-часових характеристик мовних фрагментів, переданих в мережах з пакетною комутацією; в статті [4] автор розробив метод визначення частот мовних формант, що враховує наявність декількох формант в фрагментах мовних сигналів і факт оцінки континуальних частот формант мовних сигналів за значеннями кінцевої сукупності потенціалів гребінки смугових фільтрів); в статті [5] автор удосконалив метод VqMW спільного аналізу показників якості передачі мовного трафіку на пакетному і контентному рівнях; в роботі [6] автор удосконалив метод виявлення інтервалів угруповання втрат мовних пакетів по пакетним мереж з використанням кодеків з придушенням пауз мови і компенсацією втрат; в роботі [7] автором поставлено завдання дослідження.

Апробація результатів дисертації проводилась протягом 10 наукових конференцій (форумів), у тому числі на Міжнародній науково-практичній конференції «Современное состояние и перспективы развития новых направлений судебных экспертиз в России и за рубежом» (Калінінград, Калінінградська лабораторія судової експертизи, 2003), Міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні судово-експертні технології в кримінальному і цивільному судочинстві» (Харків, НУВС, 2003), Науково-практичній конференції «Актуальні проблеми досудового слідства в умовах реформування СБ України» (Харків, Інститут підготовки слідчих СБ України, 2006), 3-му Міжнародному радіоелектронному форумі «Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку» МРФ-2008 (Харків, АНПРЕ, ХНУРЕ, 2008), Міжнародній науково-практичній конференції «Криминалистика XXI столетия» (Харків, НЮАУ ім. Ярослава Мудрого, 2010), VIII Науково-практичній конференції «Информационные технологии и безопасность в управлении» (Луганськ, СНУ ім. Володимира Даля, 2011), Науково-практичній конференції «Нові можливості сучасних методів досліджень в судовій експертизі» (Луганськ, прокуратура Луганської області, 2011), Науково-практичній конференції «Сучасні апаратно-програмні засоби дослідження звуко-, відеозаписів у фоноскопічній експертизі» (Київ, Державний науково-дослідний криміналістичний центр, 2011), VI Міжнародній науково-практичній конференції «Наука и социальные проблемы общества: информация и информационные технологии» (Харків, ХНУРЕ, 2011).

Публікації. Основні положення дисертації висвітлено у 21 праці. Серед праць 6 статей в наукових фахових виданнях, що входять до переліків ВАК України на технічні науки[1–7]. Крім того, матеріали дисертації опубліковані в наукових статтях [8–14] та 6 тезах доповідей на науково-технічних конференціях і форумах [15–20].

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів та висновків. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 196 сторінок, із них 53 сторінок із рисунками та 5 з таблицями. Список використаних джерел містить 139 найменування на 14 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито стан дослідженої проблеми, обґрунтовано актуальність теми роботи, сформульовано наукову задачу та визначено мету досліджень.
Зазначено наукову новизну та практичне значення отриманих у роботі результатів. Наведено дані про публікації автора за темою дисертації.

У першому розділі наведено огляд методів оцінки якості передачі мовного трафіку. Розглянуто особливості реалізації методів оцінки якості рівнів протоколу перенесення і контенту. Проведено аналіз способів реалізації оцінки якості передачі мовного трафіку поверх IP. Проаналізовано перспективні методи оцінки рівня контенту, які розроблені ETSI і Telchemy і відомі під торговою маркою VqMon. Враховуючи, що до числа найбільш важливих факторів, які впливають на якість мови, входять групові втрати, був зроблений висновок про необхідність оцінки їх ефективного рівня при оцінці якості.

У другому розділі вдосконалено фонемний метод визначення спектрально-часових характеристик мовних фрагментів, переданих в мережах з пакетною комутацією; розроблено удосконалений метод визначення частот мовних формант, заснований на математичній моделі групуваних вибірок; розроблено метод виявлення інтервалів втрат мовних пакетів, переданих по пакетним мереж з використанням кодеків з придушенням пауз мови і компенсацією втрат.

Фонемний метод визначення спектрально-часових характеристик мовних фрагментів заснований на короткочасному перетворенні Фур'є, дискретизованому за часом і частотою. У розділі наведені вирази, які використовуються для визначення нормованих відносних середніх і відносних середніх значень енергії мовного сигналу в частотних каналах, відносного часу і нормованого часу перебування сигналу на частотах смугових фільтрів, відносних медіанних значень енергії мовних сигналів у частотних каналах, відносної потужності частотних компонент мови. Дані ознаки відбивають своєрідність форми спектра мовних імпульсів у різних осіб та особливості фільтруючих функцій їх мовних трактів. Також наведені вирази для оцінки ознак варіацій огинаючих спектра мови і нормованих варіацій огинаючих спектра мови. Останні характеризують особливості мовного потоку, пов'язані з динамікою перебудови артикуляційних органів мови диктора. Обумовлені коефіцієнти кроскореляції є інтегральними характеристиками мовного потоку, що відображають своєрідність взаємозв'язку або синхронності руху артикуляційних органів мови мовця. Значну увагу в роботі приділено групі інтегральних ознак основного тону, що характеризує індивідуальність статистичних розподілів значень тривалості періодів і частоти основного тону мови мовця.

Велика увага в розділі надана розробці удосконаленого методу визначення частот мовних формант, заснований на математичній моделі групувати вибірок. При розробці методу враховувалося таке. Індивідуальність диктора визначається співвідношенням рівнів сигналу в спектральних смугах. Форманти служать способом реалізації зазначених смугових співвідношень і можуть бути використані як стійкі ідентифікаційні ознаки. Спектрально-часовий аналіз реалізується набором цифрових смугових фільтрів. Передбачається, що спектр злитої людської мови в будь-який момент часу може бути представлена сукупністю гаусоїд, кожна з яких представляє собою окрему форманту. Для цілей дослідження достатньо, зазвичай, чотирьох () досліджуваних формант. Кожна гаусоїда представляється математичним очікуванням і СКО . Шуми мають рівномірний спектр в досліджуваному діапазоні. Отже, експериментальний спектр на будь-якому часовому зрізі представимо сумішшю розподілів:

, (1)

де ,  відносна вага шумовий складової сигналу та енергії мовного сигналу, що відповідає -ій форманті;  математичне очікування;  СКО.

При цьому спостереженні, реєстрації доступні значення енергій мовного сигналу на виходах смугових фільтрів (в частотних каналах) в заданому часовому вікні, які легко можна привести до відносних значень енергії мовного сигналу в -му частотному каналі -го тимчасового вікна . Тим самим має місце групувати вибірка. Теоретичним аналогом досвідчених відносних значень енергії мовного сигналу є ймовірності попадання мовного сигналу в аналізовані смугові фільтри з частотними кордонами , -го тимчасового вікна:

, (2)

де , – частотні кордони смугових фільтрів.

При вирішенні задачі оцінки параметрів формант методом максимальної правдоподібності з урахуванням положень теорії групування вибірок було встановлено, що шукана система рівнянь максимальної правдоподібності є трансцендентною. Для її вирішення був обраний метод послідовних наближень, при реалізації якого система рівнянь була представлена у вигляді пар рівнянь виду:

(3)

, (4)

де ; – теоретична ймовірность попадання мовного сигналу в аналізовані смугові фільтри.

Сутність даного методу оцінки частот і розкиду формант мовного сигналу на сукупності часових вікон, сформованих гребінкою смугових фільтрів полягає в наступному. При одержанні оцінок частот формант черзі виконуються дві операції. Перша - розщеплення статистик гребінки смугових фільтрів досліджуваної сукупності часових вікон на статистики -ї гребінки. У результаті даної операції відповідно з початковими наближеннями за значенням параметрів , отриманими на попередній ітерації (на першій ітерації - початкові наближення, що надійшли на вхід процедури), що складають енергії мовного сигналу, що потрапили в кожний смуговий фільтр гребінки, розподіляються на незалежних процедур оцінки частоти форманти . При цьому відокремлюються, відповідно до прийнятої моделі мовного сигналу і шумів, шумові складові, джерелом яких не є мовний сигнал, параметри якого підлягають оцінці. Результатом першої операції є сукупність коефіцієнтів розщеплення . Операція, наступна за розщепленням, - взаємно незалежна оцінка параметрів кожної з формант. При цьому використовується процедур оцінки, на кожну з яких надходить підвибірки - один з результатів розщеплення гребінки смугових фільтрів досліджуваної сукупності часових вікон, отриманих на ітерації. Кожна процедура оцінки на -й ітерації по детермінованому правилом формує оцінку параметрів відповідної форманти. . Сформовані оцінки надходять в якості початкового наближення на процедуру розщеплення і т.д. Ітераційний процес продовжується до тих пір, поки або всі коефіцієнти розщеплення на на -му та (-1)-му кроці не стануть практично попарно рівні, які оцінки і практично співпадуть попарно.

Таким чином, вирази (3) - (4) зводять задачу визначення параметрів формант до сукупності з незалежних задач визначення параметрів однієї форманти з попереднім розщепленням позначок шляхом обчислення коефіцієнтів (5).

Далі у 2 розділі розглянуті питання об'єднання пофонемних спектрально-часових ознак для багатоальтернативної ідентифікації мовних фрагментів. Необхідність вирішення зазначеного завдання викликана наявністю більше 500 спектрально-часових ознак і практичною неможливістю їх спільного аналізу без використання спеціальних методів автоматичного аналізу.

У роботі розглянуті різні відомі методи об'єднання ознак ідентифікації особистості (зниження розмірності ознакового простору) та обґрунтовано об'єднання всіх досліджуваних ознак у єдиний простір спостережень (сукупність всіх можливих значень ознак) і синтезі на ньому вирішального правила ідентифікації. Особливості розглянутих ознак дозволили зробити висновки про достатність використання як імовірнісних розподілів у введеному просторі спостережень багатовимірних нормальних розподілів. Так як параметри даних розподілів (вектора середніх, кореляційні матриці) не можуть бути виведені з теоретичних міркувань, то вони визначаються з експериментальних досліджень, даних для яких досить багато. У роботі синтезовані вирішальні правила ідентифікації особистості говорить по голосовому фрагменту за критеріями мінімуму середнього ризику, максимуму апостеріорної ймовірності та максимальної правдоподібності. Так, наприклад, максимально правдоподібне вирішальне правило має вигляд:

(6)

де  матриця девіацій;  матриця шуму.

Також у роботі введені такі характеристики розрізнення перевіряємих гіпотез як відстань по Кульбаку, кордон Чернова, відстані Бхатачарія і Махаланобіса.

Розроблений метод метод виявлення інтервалів втрат мовних пакетів, переданих по пакетним мереж з використанням кодеків з придушенням пауз мови (VAD) і компенсацією втрат (PLC), що дозволяє визначити розташування і тривалості вказаних інтервалів включає наступні операції: видалення постійної складових; декомпозиція мовного сигналу з допомогою вейвлета Мейєра; побудова автокореляційної функції деталізуючих коефіцієнтів; обчислення порогу виявлення втрачених сегментів; розбиття відліків автокореляційної функції на ділянки за розміром вікна аналізу; обчислення енергії відліків автокореляційної функції кожної ділянки сигналу; визначення місцеположення втрачених сегментів. Одним з перевах розробленого методу є можливість отримання оцінки в реальному масштабі часу, без використання передачі заздалегідь збереженого (тестового) мовного фрагмента. Для цього пропонується використовувати властивості характерного спотворення мовного сигналу при наявності одноразових чи групових втрат.

У третьому розділі виконаний аналіз факторів, що визначають адекватність і точність оцінок якості в терміналах VoIP, а також розроблено метод Voice Quality Monitoring with Wavelet (VqMW) спільного аналізу показників якості передачі мовного трафіку на пакетному і контентному рівнях.

Обґрунтовано існування проблеми адекватної оцінки впливу на якість передачі реалізацій таких компонент обробки мовних даних як джитер-буфер і метод компенсації втрат мовних блоків при декодуванні.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Дипломного проекту (12)

    Диплом
    Сенсорні мережі.
  2. В. програмування систем ір-телефонії підручник з дисципліни "Програмування систем ір-телефонії" для всіх спеціальностей напряму Телекомунікації Одеса 2009

    Документ
    Підручник призначений для самостійної роботи студентів з дисципліни “Програмування систем ІР-телефонії”, яка викладається за модульним принципом та вміщує три модулі:
  3. Наукове видання Матеріали ХVIII міжнародної науково-практичної конференції учотирьох частинах Ч. IV харків 2010 ббк 73 І 57

    Документ
    Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: Тези доповідей ХVIII міжнародної науково-практичної конференції, Ч.IV (12-14 травня 2010 р.
  4. Затверджено (40)

    Конкурс
    Документація конкурсних торгів розроблена на виконання вимог Закону України “Про здійснення державних закупівель” (далі - Закон). Терміни, які використовуються в цій документації конкурсних торгів, вживаються в значеннях, визначених Законом.
  5. План-графік (1)

    Документ
    Побудова та технічна експлуатація мереж доступу за технологіями FTTН, ADSL2+, WІFI для надання мультимедійних послуг. Оцінка якості мультимедійних послуг

Другие похожие документы..