系統實測與分析

本實驗主要目的是驗證本研究提出的語音封包傳輸於無線感測網路確實可以 有效的進行傳輸，並且維持可接受之語音品質。因此，本研究於傳送端以 Speex 編 碼，採用 8,000 取樣頻率來取樣，原始檔語音採用

ITU-T P.50

British English - B_eng_m1.wav，為男子以英式英文說話之聲音，語音總長度為 7 分 30 秒，經由 Speex 編碼後的語音資料，總計 410 kB ，共計 5,000 個封包傳送 至接收端。

在點對點延遲因素當中，本研究量測 Speex 分別於編碼與解碼時所產生的延 遲時間，以獲得更準確的 Speex 編解碼延遲計算數據。本實驗量測方式為在每個 Frame 編碼前後分別加入時戳，透過計算兩者時間差，取得編碼延遲時間，總共 量測 1,000 Frame 數量，解碼延遲亦以相同方式取得。

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圖 20 Speex 編碼延遲時間

圖 21 Speex 解碼延遲時間

50 頻寬至 TSB，而輸出頻寬分別設定為 2.464kbps 與 7.329kbps，這兩個頻寬分別代 表 Leaky Bucket 每次讀取一個 Frame 與三個 Frames 之對應頻寬，從中觀察 Speex

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Frame 拋棄程序。

圖 22 TSB 在低輸出速率與高輸出速率時的使用率

當 Speex 持續輸入至第 1, 000 個 Frames 時，由於輸出頻寬提升至 11kbps，維 持輸入與輸出頻寬為相等，因此 TSB 使用率將略為下降，並且停止進行 Frames 拋棄動作，如圖 23 所示。由於先前所累績 Frames 仍需要暫存於 TSB 一段時間，

才會被 TSB 輸出，因此 TSB 使用率維持在穩定的狀態，唯有 TSB 輸入頻寬小於 TSB 輸出頻寬時，TSB 使用率才會降低。

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圖 23 TSB 在相等輸入與輸出速率時之使用率

本研究將量測語音封包在長距離傳輸下，其語音品質表現，實驗將以四種不 同的傳輸距離進行量測，分別為 100 公尺、200 公尺、250 與 300 公尺，觀察封 包遺失率、One-way Delay、MOS(PESQ)與 MOS Conversational(MOSc)的語音品 質表現。

首先，圖 24、圖 26、圖 28、圖 30 為分別在 100 公尺、200 公尺、250 公尺、

300 公尺的 4 種不同距離量測所得到的 MOS(PESQ)與 MOS 值，橫軸為量測次數，

縱軸為 MOS 值。而圖 25、圖 27、圖 29、圖 31 為分別在 100 公尺、200 公尺、

250 公尺、300 公尺的四種不同距離量測所得到的封包遺失率，橫軸為量測次數，

縱軸為封包遺失率。

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圖 24 BZVG 在 100 公尺傳輸距離之 MOS(PESQ)與 MOSc 的語音評估分數

圖 25 BZVG 在 100 公尺傳輸距離之封包遺失率

在 100 公尺之傳輸距離共進行五次量測，由圖 24 與圖 25 可以看出在 100 公 尺的傳輸距離下，第一、二、三與五次的 MOS(PESQ)皆可維持 3.7 以上，主要是 由於封包遺失率皆在 2.5%以下，第四次語音品質相對低落，除了因為封包遺失率

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Delay)為無線感測節點之間的 Network Delay， 而 End-to-end Delay 則是包括了兩 端的 Coder Delay、Packetization Delay、Queuing/Buffer Delay、Serialization Delay 與 Network Delay。Coder Delay 為本研究針對 Speex 之編解碼延遲進行量測所取 得 知 之 數 據 ； 兩 端 XBee 節 點 之 Packetization Delay ， 則 是 經 由 韌 體 參 數

Packetization Timeout 所設定，為總共為 40 毫秒；Queuing/Buffer Delay 為語音資 料在 TSB 與 Leaky Bucket 中之暫存時間，為 87 毫秒。本實驗在 Data Rate 為 115,200 bps，依照 XBee Specification 所列出之 Data Rate 與延遲之計算，兩端之 Serialization Delay 總共為 6 毫秒。

圖 23 中 MOSc 為結合 PESQ 與 E-model 語音評估模型，並且將延遲納入計算，

此一延遲即為 End-to-end Delay。由於 MOSc 有計算延遲因素，因此 MOS 值將會

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比 MOS(PESQ)低，延遲時間越長，MOSc 分數相對越低。而 100 公尺語音品質 量測結果在 G.711 所評估的層級中，仍在一般語音品質服務可接受(acceptable) 的範圍之中。在五次量測中，MOS(PESQ)與 MOSc 語音評量分數差距以第四次 和第五次量測為最大，皆為 0.15，主要原因是由於兩次的封包遺失率較高，同時 點對點延遲時間也較長所致，整體 MOSc 下降幅度維持在 0.2 以內。

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圖 26 BZVG 在 200 公尺傳輸距離之 MOS(PESQ)與 MOSc 的語音評估分數

圖 27 BZVG 在 200 公尺傳輸距離之封包遺失率

在 200 公尺之傳輸距離共進行五次量測，由圖 26 與圖 27 可以看出在 200 公 尺的傳輸距離下，由於隨著距離增加，訊號也會衰減，導致封包遺失率上升至 4%

以上。以第一、三、五次的量測結果來看，如果封包遺失率維持在 5%以內，

57 以上，相較於 100 公尺之 End-to-end Delay 還長，因此 MOS(PESQ)與 MOSc 語音 評量分數之差距會比 100 公尺的差距大，200 公尺之 MOS(PESQ)與 MOSc 之差 距介於 0.2 至 0.23 之間。

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圖 28 BZVG 在 250 公尺傳輸距離之 MOS(PESQ)與 MOSc 的語音評估分數

圖 29 BZVG 在 250 公尺傳輸距離之封包遺失率

由於 300 公尺量測結果不如預期，造成語音品質變差，因此特別針對 250 公 尺之距離進行量測，觀察其傳輸效能與語音品質結果。在 250 公尺之傳輸距離總

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共進行三次量測，由圖 28 與圖 29 可以看出在 250 公尺的傳輸距離下，封包遺失 率介於 6.18%到 7.08%之間。根據本論文在 2.4.3 節所提到關於 E-Model 於評估語 音品質時，最顯著的兩個影響因素為網路中的封包延遲與封包遺失率。其中封包 遺失將對於 E-Model 中的 R-Value 有直接的影響。E-Model 中明確指出封包遺失 的類型，對於聲音品質有著不一樣的影響。主要是因為突然且密集的封包遺失

(Burst Loss)與平均且分散的封包遺失(Random Loss)，對於聲音品質的影響有明顯 的差異。因此，在第一次量測時，由於突然且密集的封包遺失在一個區段，導致

End-to-end Delay(ms) 245.2 250.7 244.7

Mean Jitter(ms) 9 6.4 3.4

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圖 30 BZVG 在 300 公尺傳輸距離之 MOS(PESQ)與 MOSc 的語音評估分數

圖 31 BZVG 在 300 公尺傳輸距離之封包遺失率

在 300 公尺之傳輸距離共進行二次量測，由圖 30 與圖 31 可以看出在 300 公 尺的傳輸距離下，第一次量測時，由於訊號較為不穩定導致封包遺失率高達 13.9%，

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End-to-end Delay(ms) 256.7 253.3

Mean Jitter (ms) 8.9 4.9

LQI 18 32

RSSI(dBm) -92 -87

Diff. between MOS(PESQ) and MOSc 0.15 0.25

表 13 為在 300 公尺傳輸距離下，所測得之各項數據，兩次量測之單向延遲分

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圖 32 各距離之 MOS(PESQ)的最大值、最小值與平均值

圖 33 各距離之 MOSc 的最大值、最小值與平均值

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圖 34 各距離之封包遺失率的最大值、最小值與平均值

圖 34 為在四種不同傳輸距離下，其封包遺失率程度，其縱軸為封包遺失率，

橫軸為四種不同的距離。在 100 公尺的距離時，其封包遺失率最大可維持在 3%

以內，隨著傳輸距離的增加，訊號將會衰減，導致封包遺失率提高；在最遠之傳 輸距離 300 公尺時，其平均封包遺失率約為 10%。圖 34 提供本系統在不同傳輸 距離下，其封包遺失率之概觀，可作為未來多點跳躍拓墣之傳輸距離參考。

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