Transmisión de voz en redes IP: Para poder transmitir paquetes de voz (previamente Digitalizada) por una red IP se necesitan los siguientes elementos:

• Codificación de y decodificación de voz (codecs)
• Ancho de banda
• Prioridad y calidad de servicio (QoS).

“La palabra códec se deriva de una combinación de las palabras ‘codificador’ y ‘decodificador’ ” (Scott, 2001) La función del codificador es el proceso de de codificar una señal digitalizada en un forma mas eficaz para la transmisión o almacenamiento, mientras que la función del decodificador es el proceso de restaurar la señal a la forma original como se puede observar en la figura 2.11

Los codecs están compuestos de funciones de codificador y decodificador

En lo que respecta a ancho de banda Para que la solución de telefonía IP funcione bien, la red debe ser capaz de dar prioridad a los paquetes de voz sobre los paquetes de datos ordinarios o siempre tener ancho de banda disponible.

La calidad de la conversación es la característica del códec más difícil de cuantificar.

Codificación de y decodificación de voz (codecs)

Los codecs de baja proporción de bits tienden a perder señal, lo que significa que la calidad de la señal se reduce con los sucesivos ciclos del codec, existen diferentes algoritmos de codificación de conversación y se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Codecs de forma de onda.
• Codecs fuente.
• Codecs híbridos.

rango en el que se encuentran los diferentes algoritmos y su calidad de audio

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Codecs de forma de onda

“Los codecs de forma de onda son aquellos que reconstruyen una señal de entrada sin modelar el proceso que creó la señal de entrada, la señal de salida recrea la forma de la entrada de la forma de onda, con independencia de que la entrada sea conversación, música o ruido aleatorio” (Scott, 2001). Una de las principales ventajas de este algoritmo es que se hacen pocas conjeturas acerca del tipo de entrada, de modo que el códec puede replicar sonidos de muchas fuentes. El precio de esta ventaja es que el códec no esta optimizado para la codificación a baja proporción de bits de tipos de entrada específicos, tales como la conversación. Este tipo de códec son los menos complejos.

El códec de Modulación por Impulsos Codificados (PCM), es especificado en la recomendación G.711 de la ITU-T*, es un códec de forma de onda, donde la señal analógica de conversación es filtrada para eliminar los componentes de frecuencia alta y baja, y muestreada a 8000 veces por segundo; el valor muestreado es cuantificado para uno de los 256 valores, que están representados en 8 bits. La proporción de bits resultante del códec G.711 es de 64 Kbps, lo que determina el tamaño de un DS-0. El valor de muestra es codificado usando una de las dos leyes de codificación: mu-law o A-law.

El algoritmo Ley Mu (μ-law ó mu-law) es un sistema de cuantificación logarítmica de una señal de audio. Es utilizado principalmente para audio de voz humana dado que explota las características de ésta. El nombre de Ley Mu proviene de μ-law, que usa la letra griega μ. Su aplicación cubre el campo de comunicaciones telefónicas. “Este sistema de codificación es usado en EEUU y el Japón. En Europa se utiliza un sistema muy parecido llamado ley A” (http://www.babylon.com/definition/mu-law/Spanish)

“La ley A (A-Law) es un sistema de cuantificación logarítmica de señales de audio, usado habitualmente con fines de compresión en aplicaciones de voz humana”. (http://www.babylon.com/definition/A-law/Spanish) Está estandarizada por la ITUT en G.711 y es similar a la ley Mu.

El códec Modulación por Impulsos Codificados Diferencial y Adaptable (ADPCM), especificado en la recomendación G.726 de la ITU-T, es un códec de forma de onda más avanzado. Este método de codificación optimizado para ondas continúas de variación lenta que puede ser usada para voz. Cambia el ancho de banda normal de la voz de 64kbps a 32 kbps por lo que se dice que se “comprime” al 50%. Este códec en lugar de tomar toda la lectura completa de la señal solo se toma la variación generando números mas pequeños cuya transmisión requiere menor ancho de banda lo anterior se resumen en la figura 2.13.

Proceso decodificador AD-PCM

La codificación por CELP (Code Excited Linear Prediction) es un estándar de compresión adaptado 100% a la voz humana, contiene filtros para las frecuencias que no impactan la calidad de la voz simplificando la señal y reduciendo así el ancho de banda utilizado en la transmisión. Existen muchos codecs que pertenecen a la clase CELP incluyendo las recomendaciones G.728 de ITU-T CELP de bajo retraso a 16 kbps y la G.729 a 8 kbps

Codecs de fuente

Los codecs de fuente están diseñados con unas intenciones fundamentalmente diferentes que los codecs de forma de onda. Estos están diseñados para tipos de entrada específicas (por ejemplo la conversación humana) y hace uso de la supuesta entrada para modelar la fuente de la señal. Los codecs de fuente de conversación, una señal de estimulo de los pulmones y las cuerdas vocales se filtran en el tracto vocal (la garganta, la lengua, la cavidad nasal, y los labios). En los sonidos sordos, el aire es turbulento que deja los pulmones produce un sonido silbante que es formado por el tracto vocal. Las cuerdas vocales no intervienen en la producción de sonidos sordos. “La señal sorda es similar al sonido blanco, con energía en muchas bandas de frecuencia» (Scott, 2001). En los sonidos sonoros, las cuerdas vocales se abren y se cierran a diferentes frecuencias que modulan el aire que pasa por ellas.

Los codecs de fuente emulan la función de la señal estimulo y el filtro del tracto vocal. Las muestras de audio que introduce el codificador se agrupan en tramas y estas tramas se analizan para determinar el tipo de señal de estimulo y la forma del filtro. El tipo de señal de estimulo esta a menudo codificado en un solo bit, indicando un estimulo sonoro o sordo. En estímulos sordos el decodificador puede usar sonido blanco para la señal estimulo, de modo que el codificador solo necesita identificar que el estimulo es sordo. En estímulos sonoros, el codificador determina la frecuencia de impulso de la modulación de las cuerdas vocales.

Codecs híbridos

“Los codecs híbridos proporcionan mayor calidad de conversación que los codecs de fuente, con proporciones de bits mas bajos que los codecs de forma de onda” (Scott, 2001) Para cumplir este rendimiento, los codecs híbridos usan una combinación de modelado de fuente y de análisis de forma de onda. Estos algoritmos tienden a ser bastantes complejos.

Los codecs híbridos mas comunes operan en el dominio del tiempo usando técnicas de predicción lineal de análisis-por-síntesis (LPAS). Igual que los codecs de fuente, los codecs LPAS modelan una señal de estimulo y un filtro. El componente del filtro es similar al modelado en los codecs de fuente, pero la codificación de la señal estimulo es mas sofisticada. Hay tres estrategias principales para codificar por estimulo.

• Estimulo multiimpulso (MPE)
• Estimulo de impulso regular (RPE)
• Predicción lineal de código estimulado (CELP)

Cada una de estas técnicas genera la señal de estimulo de varios modos, pero todas ellas producen una variedad de señales de estimulo a través del filtro para ver que estimulo produce mejor la coincidencia con la forma de onda original, Una vez obtenida la mejor coincidencia, el códec transmite las variables del filtro y la información sobre la señal estimulo. La representación de la señal de estimulo es diferente para los codecs MPE, RPE, y CELP.

Ancho de Banda

La planificación de la capacidad para las redes que transportan tráfico en tiempo real es de algún modo diferente a la planificación de la capacidad de las redes de solo datos tradicionales. Aunque los requisitos de ancho de banda se basan en las velocidades pico de tráfico, los intervalos sobre los que se miden las velocidades pico deben ser más cortos.

Considere una red diseñada para una velocidad de tráfico en horas pico de una media de 200 Kbps.n Puede parecer que un circuito WAN de 256 Kbps alojarían bien la carga de trafico. Ahora considere que durante todo el tiempo, el nivel de trafico puede alcanzar repetidamente 300Kbps a intervalos de minutos pico, seguidos de un uso mas ligero en algunos momentos, en este escenario, los usuarios pueden o no quejarse del rendimiento lento de la red.

Ellos se quejarían definitivamente por el pobre rendimiento de la voz si tienen altas expectativas de calidad y disponibilidad de la misma. “Durante los tiempos altos de utilización de la red, los búferes se desbordan y la calidad de voz sufre a medida que los que los paquetes de voz se caen o se retrasan” (Scott, 2001) Las consideraciones económicas son frecuentemente el centro de decisiones para incrementar el ancho de banda en circuitos WAN.

Un planteamiento para evitar aumentar el ancho de banda es aumentar la eficiencia del rendimiento de de los datos asignando prioridad hades al trafico, minimizando las actualizaciones del enrutamiento y disminuyendo la cantidad de sobrecarga de paquetes. Aunque las configuraciones de router avanzadas pueden ser una herramienta para posponer los aumentos de ancho de banda.

Para poder disminuir el consumo de ancho de banda se pueden tomar las siguientes medidas:

• Uso de un códec de voz con gran ratio de compresión.
• Minimizar el tamaño de las cabeceras que encapsulan datos.
• Reservar ancho de banda para las aplicaciones en tiempo real y criticas.

Calidad de conversación.

“La calidad de conversación es la característica del códec más difícil de cuantificar. Hay muchos factores que pueden considerarse, y no hay una formula obvia para relacionar el rendimiento del códec en diferentes pruebas” (Scott, 2001) Para lograr una conversación de calidad se deben realizar múltiples comparaciones que se basan en una simple prueba de condiciones ideales, como una señal de entrada limpia, sin perdida de tramas o errores entre el codificador y el decodificador. Un proceso de prueba mas sólido podría considerar los efectos de los siguientes factores, tanto solos como en combinación.

• Pérdidas de tramas o errores del códec.
• Ruido de fondo de la señal de fuente.
• Múltiples portavoces simultáneos.
• Fuentes que no son de conversación, tales como la música.
• Lenguaje del portavoz.

Tomado de:
Ferráez, E. (2008). El impacto de la Telefonía IP en las Organizaciones (tesis de pregrado). Universidad Veracruzana, Veracruz, México.
Fuente:
http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/28505/1/Ferraez%20Rodriguez.pdf

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