ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ СВЯЗИ НА КАЧЕСТВО ВИДЕО-КОНФЕРЕНЦ-СВЯЗИ

Полный текст

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.

Об авторах

Н. Н Ермакова

Волгоградский государственный университет

Email: ermakova.nadezhda@volsu.ru
Волгоград, РФ

Д. А Тюхтяев

Волгоградский государственный университет

Email: tyuhtyaev.dmitriy@volsu.ru
Волгоград, РФ

Е. С Семенов

Волгоградский государственный университет

Email: semenov.evgeniy@volsu.ru
Волгоград, РФ

О. В Осипов

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Email: o.osipov@psuti.ru
Самара, РФ

Список литературы

Дополнительные файлы