FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS VOIP Hace unos años atrás se descubrió que se podía enviar señales a su destino de manera digital, es decir, antes de enviar la señal se debería digitalizar la información con un Convertidor de Analógico a Digital (ADC), transmitirla y en el extremo de destino transformarla de nuevo a formato análogo mediante un Convertidor de Digital a Analógico (DAC).

VoIP funciona de esta manera, digitalizando la voz, empaquetándola en datagramas IP, transportándola a través de la Red y reconvirtiendo estos paquetes a la señal original en el destino.

El proceso empieza con la señal análoga del teléfono siendo digitalizada en señales de Modulación por Codificación de Pulsos (PCM) por medio del CODEC de voz. Las muestras PCM son comprimidas y fraccionadas en paquetes por el módulo de compresión. Estos paquetes pueden ser transmitidos para este caso a través de una Red de Área Amplia (WAN). En el otro extremo de la WAN se realiza la recuperación de la voz ejecutando exactamente las mismas funciones en un orden inverso.

Proceso de Codificación de Voz

Este es el principio del audio digital (incluida la telefonía), pues la realización de la comunicación telefónica por medios digitales hace necesario que la voz cuya naturaleza es analógica, sea convertida a una señal digital. Para esto se emplea un proceso que en primera instancia consiste en muestrear la señal (discretización temporal), luego realizar la cuantificación de las muestras obtenidas (discretización en amplitud), y posteriormente codificar las muestras de voz cuantificadas. En el otro extremo, se utiliza la información recibida para generar una señal de audio nueva que tiene las mismas características que la original (figura 2.2). Resumidamente:

Proceso de Codificación de la Voz

– Muestreo. Consiste en seleccionar valores de la señal analógica en ciertos instantes de tiempo, utilizando el Teorema de Nyquist [18].

– Cuantificación. Mediante esta técnica, a las amplitudes de las muestras obtenidas de la señal analógica se les asignan valores discretos con el objetivo de conseguir que éstas queden representadas en un número finito de bits, dando como resultado la representación digital de la señal.

– Codificación. Una vez que la señal ya presenta un formato digital, el paso siguiente es codificarla, es decir, adaptarla para que sus características sean las idóneas al momento de transmitirla por un canal de comunicaciones concreto. Los dispositivos de codificación y decodificación se denominan CODECs. La tabla 2.1 resume los algoritmos de compresión de voz más conocidos.

Algoritmos de Compresión de Voz

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CODECs Utilizados en VoIP
Los CODECs son los medios por los cuales puede ser convertida la voz analógica en una señal digital. Por tanto, los CODECs emplean generalmente diferentes modelos matemáticos para codificar digitalmente (y comprimir) información de audio analógico.

El objetivo de los diferentes algoritmos de codificación es lograr un equilibrio entre la eficiencia y la calidad. El CODEC además de ejecutar la conversión de analógico a digital, comprime los datos y proporciona la cancelación del eco. Entre los CODECs utilizados en la tecnología VoIP se mencionan:

– G.711. Es el CODEC fundamental de la PSTN, pues brinda la mejor calidad de voz. Este utiliza dos métodos de compresión-expansión: μlaw en América del Norte y alaw en el resto del mundo. Cualquiera de los dos proporciona una palabra de 8 bits transmitida 8000 veces por segundo.
– G.723. Es un estándar de CODEC de voz de banda ancha. Es una extensión de acuerdo a la recomendación G.721.
– G.723.1. Es una subdivisión del CODEC G.723, el cual se usa mayoritariamente en aplicaciones VoIP. Es un tipo de CODEC de alta calidad y de compresión elevada; incluye un esquema de compresión basado en la supresión de silencios y Detección de Actividad de Voz (VAD). Consigue una baja tasa de bits reduciendo considerablemente la necesidad de ancho de banda, por lo que resulta apropiado para Internet.
– G.726. Conocido como Modulación Diferencial Adaptiva por Codificación de Pulsos (ADPCM). Puede funcionar a varias velocidades sin elevar la cantidad de procesamiento considerablemente (buena relación calidad – ancho de banda y procesamiento).
– G.729. Es propietario, altamente robusto y es utilizado mayoritariamente en aplicaciones de VoIP por sus bajos requisitos en ancho de banda. Los CODECs G.729 y G.729A tienen una latencia más baja que el G.723.1.
– G.729A. Es una subdivisión de G.729. Teniendo en cuenta el poco ancho de banda que utiliza, G.729A ofrece una calidad de sonido impresionante, exhibiendo elevados requisitos de cálculo. Es muy popular y por lo tanto muy apoyado en muchos teléfonos y sistemas diferentes.
– GSM. Preferido de Asterisk [19]. Ofrece un excelente rendimiento con respecto a los requisitos de cálculo. La calidad del sonido es considerada generalmente como de un grado menor que la producida por G.729A.
– iBLC. Proporciona una atractiva mezcla de bajo ancho de banda y de calidad, y es muy adecuado para el mantenimiento de la calidad, especialmente en los enlaces de Redes con pérdidas. Utiliza algoritmos complejos para lograr sus altos niveles de compresión, lo que ocasiona un costo bastante elevado de CPU en Asterisk.
– Speex. Tasa de Bits Variable (VBR), siendo capaz de modificar dinámicamente su velocidad para responder a las condiciones cambiantes de la Red.

Tomado de:
Gutiérrez, R. (2014). Estudio detallado de los protocolos SIP, H.323 y otros, para la señalización en VoIP: Estado actual y futuro (tesis de grado). Escuela Superior Politécnica del Litoral, Guayaquil, Ecuador.

Fuente:
http://www.cib.espol.edu.ec/Digipath/D_Tesis_PDF/D-84316.pdf

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