INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF THE CHARACTERISTICS OF COMMUNICATION CHANNELS ON THE QUALITY OF VIDEOCONFERENCING


Cite item

Full Text

Abstract

The year 2020 was a turning point not only in everyday life, but also in the communications area. The opinion about the videoconferencing industry has changed significantly, because meetings, online training, consultations, consultations and much more would not be able to take place now without the videoconferencing. In this regard, the needs for better provision of these services are growing: the equipment for transmitting information is being improved, the volume of resources is increasing, the requirements for information protection and access to personal data are increasing. It can be argued that the prospects of videoconferencing are obvious, important and relevant. Speaking about research in this area, the influence of technical characteristics in the data transmission network on the quality of services provided is an important issue for providing this type of solutions. A decrease in the parameters of communication channels leads to degradation of the video and audio track, as well as various negative effects. Such effects include lagging of the audio track from the video sequence, as well as its stuttering, a decrease in the quality of the video sequence or its complete loss for a certain time.

Full Text

Введение В исследовании проводилась сравнительная характеристика нескольких решений видео-кон- ференц-связи (ВКС). Среди них платформы - Zoom Room, Skype, TrueConf Server, Microsoft Teams Room, Cisco Webex Meetings. В ходе работы построена модель ВКС-платформы TrueConf Server, выбранная для эксперимента по таким тех- ническим параметрам, как: стабильность переда- чи данных, защита данных, простота в установке, возможность работы через web-приложение, по- пулярность, ценовая характеристика. Кроме того, TrueConf Server является представителем ВКС- «Infokommunikacionnye tehnologii» 2021, Vol. 19, No. 4, pp. 395-400 Географическое расположение провайдера 1 Пункт А Пункт Б Задержка min, мсек Задержка max, мсек Задержка сред., мсек Ср. джиттер, мсек Коэф-т потери пакетов,% г. Волгоград (Россия) г. Владивосток (Россия) 95.154.75.180 141 366 165,88 23,12 1 г. Волгоград (Россия) г. Лима (Перу) 103.59.200.14 184 759 190,14 2,01 0 г. Волгоград (Россия) г. Лондон (Великобритания) 5.133.176.117 86 149 94,13 2,78 0 г. Волгоград (Россия) г. Мале (Мальдивы) 5.62.61.0 83 167 94,63 5,90 0 г. Волгоград (Россия) г. Сидней (Австра- лия) 45.252.189.185 207 260 218,14 5,30 0 г. Волгоград (Россия) г. Токио (Япония) 45.252.189.185 86 149 94,13 2,78 0 г. Волгоград (Россия) г. Мадрид (Испа- ния) 85.62.101.113 110 236 116,17 2,48 0 г. Волгоград (Россия) г. Москва (Россия) 62.105.129.5 52 605 65,08 7,71 0 г. Волгоград (Россия) г. Мумбай (Индия) 103.59.200.14 184 759 190,14 2,01 0 г. Волгоград (Россия) г. Шанхай (Китай) 218.81.0.70 304 616 342,81 44,00 2 Рисунок. Собранный стенд для тестирования Таблица 1. Результаты исследования решения для государственной структуры страны и официально зарегистрирован в едином реестре Минкомсвязи российских программ для ЭВМ и баз данных [1; 2]. Методика проведения эксперимента Для моделирования канала связи были выбра- ны два провайдера, имеющих выход на разных магистральных провайдеров. Скорость провай- дера «один» соответствует скорости провайдера «два» и составляла 20 мбит/с. Для проведения эксперимента по исследова- нию влияния характеристик каналов связи на ка- чество ВКС была разработана методика и собран экспериментальный стенд (рисунок) [8]. Экспериментальный стенд включал в себя сервер с установленным серверным программ- ным обеспечением (ПО) для видео-конференц- связи, персональный компьютер (ПК) участника видео-конференц-связи и ПК с запущенным ПО WANem (позволяет моделировать канал связи, задавать и измерять технические характеристики каналов связи [7]). Для эксперимента было выбрано десять на- правлений, географически удаленных друг от друга. Измеряемые характеристики представле- ны в [3]. Командой ping осуществлялась отправ- ка/задержка, джиттер, коэффициент потери па- кетов icmp-пакетов на ip-адреса (определенные рандомно) в течение 720 секунд. Был проведен инженерный расчет значений требуемых параме- тров. Итоговые данные представлены в таблице 1. Оценка качества видеофрагментов Результатом исследования технических харак- теристик было определено следующее: обраща- ясь к рекомендациям ITU-T и Приказу Министер- ства информационных технологий и связи РФ от 27 сентября 2007 г. № 113, можно определить, что значения таблицы такие, как «коэффициент поте- ри пакетов» до точки назначения г. Владивосток (Россия) и г. Шанхай (Китай), не удовлетворяют минимальным требованиям по стандарту VoIP и видео-конференц-связи [4]. Анализируя пара- метр «задержка в сети» [10], которая отображает, насколько аудио/видео доставляется до пункта Б, а также учитывая среднестатистическое значе- ние от 80 до 120 миллисекунд при нормальных показателях, можно отобрать направления до г. Владивостока, г. Лимы, г. Сиднея, г. Мумбая и г. Шанхая как наиболее замедленные при передаче. Следующим этапом были осуществлены субъ- ективные и объективные методы оценки качества передаваемого видео. Субъективная оценка заключалась в демон- страции 10 «одинаковых» вариантов видеозапи- сей по выбранным направлениям по 10 секунд на цветовосприятие, звуковосприятие для выбран- ных (предварительно) двадцати экспертов. Оцен- ка ставилась усредненная по шкале от одного до пяти. Здесь применялся метод MOS (описанный в рекомендациях МСЭ-Т P.800.2) [5], который гарантирует корректную интерпретацию при просмотре аудио- или видеообразца, когда сфор- мировывается собственное мнение, при этом не успевает сформироваться систематическая ошиб- ка оценки за такой короткий ролик. Результаты представлены в таблице 2. Анализируя таблицу 2, можно отметить, что эксперты наилучшим образом оценили резуль- таты видеоканала связи до г. Москвы. Наиболее худшим видео оказалось до г. Владивостока. Рас- хождения с техническими показателями получи- ло видео по каналу связи до г. Мале, для этого канала заявлены более высокие показатели, чем оценили эксперты. При дополнительном анализе данного канала связи до г. Мале было отмечено следующее: при более детальном анализе часть кадров на 2-й и 5-й секунде отмечена попыткой поймать объект съемки автофокусом камерой. Камера, осуществляющая видеозапись, была выбрана Logitech Pro HD Webcam C910. По тех- ническим характеристикам она заявлена с про- фессиональным расширением, по показателям Таблица 2. Результаты субъективной оценки Видеомост Среднее значение субъективной оценки (метод MOS) г. Волгоград (Россия) - г. Владивосток (Россия) 2,53 г. Волгоград (Россия) - г. Лима (Перу) 4,57 г. Волгоград (Россия) - г. Лондон (Великобри- тания) 4,42 г. Волгоград (Россия) - г. Мале (Мальдивы) 4,23 г. Волгоград (Россия) - г. Мадрид (Испания) 3,54 г. Волгоград (Россия) - г. Москва (Россия) 4,61 г. Волгоград (Россия) - г. Мумбай (Индия) 3,63 г. Волгоград (Россия) - г. Сидней (Австралия) 4,37 г. Волгоград (Россия) - г. Токио (Япония) 4,19 г. Волгоград (Россия) - г. Шанхай (Китай) 3,62 удовлетворяющим требованиям видеозаписи. При анализе других видеороликов было замече- но также автофокусирование на определенных моментах движения. Эти результаты говорят о том, что автофокус не всегда может передать ка- чественное изображение, необходимы дополни- тельные исследования с применением камер раз- личных производителей и разных технических характеристик. Объективная оценка заключалась в измере- нии показателей искажения видео на различных участках сети в режиме реального времени. В ис- следовании была применена популярная метрика PSNR (англ. peak signal-to-noise ratio). Она изме- ряет пиковое отношение сигнала к шуму между исходным сигналом и сигналом на выходе систе- мы. Данный метод прост в вычислительной части и не измеряет отличительные параметры видео из-за изменения четкости и точности постоянно меняющегося кадра. Измерение метрикой PSNR проводилось че- рез программное обеспечение MSU Video Quality Measurement Tool [6]. Для анализа были выбраны конечные значения компонентов трех цветов - красного (R), зеленого (G) и синего (B) (табли- ца 3). Зеленым и синим цветом считаются силь- ные запаздывания видео и изменение качества изображения относительно исходного видеофай- ла (наименьшие децибелы) [9]. Такими направле- ниями являются видеомосты до г. Владивостока Таблица 3. Результаты исследования метрикой PSNR с помощью web-камеры Logitech HD Pro Webcam C910 Направление Метрика PSNR RGB, дБ R-RGB (крас- ный цвет) G-RGB (зеленый цвет) B-RGB (синий цвет) г. Владивосток (Россия) 21,89 27,48 28,03 г. Лима (Перу) 22,44 28,61 27,87 г. Лондон (Великобритания) 23,56 32,04 28,47 г. Мале (Мальдивы) 24,96 32,43 32,24 г. Сидней (Австралия) 25,66 33,02 30,11 г. Токио (Япония) 26,47 31,22 29,16 г. Мадрид (Испания) 25,77 29,36 29,17 г. Москва (Россия) 25,17 27,78 29,30 г. Мумбай (Индия) 24,77 29,60 29,48 г. Шанхай (Китай) 23,99 31,77 29,62 и г. Шанхая. Красным цветом считается незначи- тельное изменение. Критерием качества передачи изображений был выбран уровень PSNR = 39,51 дБ. Данный параметр выбран из максимально полученного в результате тестирования метрикой PSNR. Этот результат сопоставим оценке «отлично» по пяти- балльной шкале оценки MOS, которая была по- лучена ранее. Сравнивая результат, отметим, что видео, передаваемое по каналу связи до г. Перу, ниже по показателям, чем оценили эксперты. Это говорит о том, что не всегда результаты объектив- ных оценок коррелируются с результатом субъек- тивных оценок с использованием метрики PSNR. Заключение Результаты исследования в работе могут ис- пользоваться для дальнейшего анализа влияния характеристик каналов связи на качество пере- даваемого видео. Рекомендации, которые могут быть использованы при внедрении и эксплуата- ции видео-конференц-связи: перед организацией сеанса видеосвязи осу- ществлять измерения характеристик канала свя- зи, в случае, если характеристики канала не удов- летворяют нормам качества обслуживания для данного типа трафика, использовать выделенные каналы с гарантированным качеством обслужи- вания; использование современных терминаль- ных устройств (ПК с высокой четкостью дис- плея, гарнитуры, видеокамер или видеотермина- лов, обеспечивающих большую частоту кадров и более высокое разрешение); использование специальных конференц-за- лов с качественным освещением и звукопроводи- мостью.
×

About the authors

N. N Ermakova

Volgograd State University

Email: ermakova.nadezhda@volsu.ru
Volgograd, Russian Federation

D. A Tyuhtyaev

Volgograd State University

Email: tyuhtyaev.dmitriy@volsu.ru
Volgograd, Russian Federation

E. S Semenov

Volgograd State University

Email: semenov.evgeniy@volsu.ru
Volgograd, Russian Federation

O. V Osipov

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: o.osipov@psuti.ru
Samara, Russian Federation

References

  1. Trueconf Server Free-бесплатный сервер видеоконференций. URL: https://trueconf.ru/products/tcsf/besplatniy-server-videoconferenciy.html?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=YD_TC_Search_RU_Videosvyaz&utm_content=11168563321&utm_term=видеосвязь&yclid=7164207676267749868 (дата обращения: 13.09.2021)
  2. Обзор TADVISER: Системы видео-конференц-связи. URL: https://www.tadviser.ru/index.php/Видеоконференцсвязь (дата обращения: 08.10.2021)
  3. Шелухин О.И., Иванов Ю.А. Оценка качества передачи потокового видео в телекоммуникационных сетях с помощью программно-аппаратных средств // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2009. Т. 5, № 4. С. 48-56
  4. ГОСТ Р 53274-2009. Качество услуг связи. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2019. П. 3.2
  5. Рекомендации МСЭ-T P.800.2: Интерпретация и представление средней экспертной оценки. Международный союз электросвязи, 2016
  6. Инструмент измерения качества МГУ: Информация о показателях. URL: https://www.compression.ru/video/quality_measure/info.html#psnr (дата обращения: 29.09.2021)
  7. Шатов Л.Г. Исследование пропускной способности каналов связи в цифровых сетях // Инфокоммуникационные технологии. 2019. Т. 17, № 3. С. 303-307
  8. Галич С.В., Ткаченко Н.И. Виртуальный лабораторный стенд для эмуляции характеристик каналов связи IP-сетей // Проблемы передачи информации в инфокоммуникационных системах: сборник докладов и тезисов VIII Всероссийской научно-практической конференции. Волгоград: Волгоградский государственный университет, 2017. С. 31-36
  9. Cтефанова И.А., Стефанов М.А., Заболотов В.А. Исследование параметров эффективности сжатия аудиоданных // Инфокоммуникационные технологии. 2018. Т. 16, № 3. С. 328-333
  10. Ромасевич П.В. Исследование средней задержки в сетях METROETHERNET на основе имитационной модели // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2010. № 6. С. 77-86

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Ermakova N.N., Tyuhtyaev D.A., Semenov E.S., Osipov O.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies