{"id":7361,"date":"2016-08-25T12:05:41","date_gmt":"2016-08-25T17:05:41","guid":{"rendered":"http:\/\/www.servervoip.com\/blog\/?p=7361"},"modified":"2019-06-10T11:32:19","modified_gmt":"2019-06-10T16:32:19","slug":"codificacion-de-voz-en-redes-de-paquetes","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.servervoip.com\/blog\/codificacion-de-voz-en-redes-de-paquetes\/","title":{"rendered":"Codificaci\u00f3n de Voz en Redes de Paquetes"},"content":{"rendered":"
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Tanto en redes de telefon\u00eda fija como en redes IP, una de las consideraciones m\u00e1s importantes que deben ser analizadas es la calidad de la voz percibida por el usuario final. Para el est\u00e1ndar de telefon\u00eda fija PSTN ( Public Switched Telephone Network ) la calidad medida en escala MOS usualmente toma valores en torno a 4. Sin embargo, para niveles superiores a 3 permitir\u00e1n una comunicaci\u00f3n aceptable. <\/p>\n

La calidad perceptiva de una se\u00f1al de voz codificada depende de numerosos factores de diversa naturaleza, por lo que ha sido necesario realizar numerosos estudios para identificar aquellos par\u00e1metros m\u00e1s importantes. Los factores que afectan la calidad perceptiva de la voz cuando son transmitidos sobre cualquier red de paquetes pueden ser clasificados de la siguiente forma: <\/p>\n

Par\u00e1metros de codificaci\u00f3n <\/strong><\/p>\n

Corresponden a aquellas distorsiones de la calidad de la voz producidas por el proceso de codificaci\u00f3n, el cual incorpora error en la se\u00f1al decodificada. El m\u00e1s importante de ellos es sin lugar a duda el tipo de codificador que se utilice. Asociado a esta elecci\u00f3n, se establecen par\u00e1metros como el n\u00famero de bits que se utilizar\u00e1n por muestra, la tasa con que ser\u00e1 muestreada la se\u00f1al, los intervalos de tiempo entre paquetes ( packetization interval ), etc. <\/p>\n

Adem\u00e1s, algunos codificadores est\u00e1n implementados con t\u00e9cnicas de ocultamiento de error, por lo que en caso de falla en la transmisi\u00f3n de los datos los frames extraviados pueden ser recuperados. Estas t\u00e9cnicas pueden afectar negativamente la calidad de la voz al incorporar ruido, silencios, repeticiones y sustituci\u00f3n de forma de onda en la se\u00f1al decodificada. <\/p>\n

* Par\u00e1metros de red <\/strong><\/p>\n

Corresponden a aquellos factores propios de la red que introducen distorsi\u00f3n en la calidad de la se\u00f1al de voz transmitida. En particular, la utilizaci\u00f3n de un medio de difusi\u00f3n como la Internet, puede fuertemente distorsionar la inteligibilidad de una transmisi\u00f3n de voz. Los par\u00e1metros m\u00e1s importantes son las p\u00e9rdidas de paquete, la distribuci\u00f3n de las p\u00e9rdidas, el tama\u00f1o de paquetes, el retardo en la transmisi\u00f3n y el jitter. <\/p>\n

* Par\u00e1metros del locutor <\/strong><\/p>\n

Tanto el sexo del locutor como el idioma en que se expresa son relevantes en la calidad perceptiva de la voz. En general, estudios han demostrado que los codificadores responden levemente mejor en presencia de un locutor del g\u00e9nero masculino debido a que el pitch no es tan agudo como el producido por un locutor del g\u00e9nero femenino. Debido a que los codificadores han sido probados y perfeccionados utilizando bases de datos de locutores de habla inglesa (en particular todos los codebook ), la calidad decae cuando el locutor habla en un idioma diferente. M\u00e1s aun, la variaci\u00f3n en el acento de los locutores es tambi\u00e9n un factor que afecta la calidad. <\/p>\n

* Par\u00e1metros estructurales <\/strong><\/p>\n

En esta categor\u00eda se incluyen todos aquellos factores que dependen de la infraestructura con que se realicen las pruebas. El dise\u00f1o y el funcionamiento de los equipos terminales, los softwares utilizados y las condiciones ambientales son factores importantes. Otro foco de p\u00e9rdida de calidad es el fen\u00f3meno denominado eco que corresponde al ruido introducido cuando en uno de los terminales no est\u00e1n aislados el micr\u00f3fono y el aud\u00edfono por lo que la parte de la se\u00f1al recibida es retransmitida. <\/p>\n

Esto debe ser evitado mediante t\u00e9cnicas de cancelaci\u00f3n de eco. La calidad perceptiva de la voz depende de cada uno de estos par\u00e1metros en forma altamente no lineal. M\u00e1s aun, la variaci\u00f3n de estos par\u00e1metros no es predecible, por lo que anticipar un valor para la calidad basado en estos \u00edndices es un proceso complejo el cual no puede ser resuelto usando m\u00e9todos matem\u00e1ticos que consideren cada una de estas variables. De todos los posibles par\u00e1metros que pueden influenciar la calidad de la voz mencionados anteriormente, s\u00f3lo un peque\u00f1o conjunto de ellos tiene una directa relaci\u00f3n con los par\u00e1metros de red. A continuaci\u00f3n se explican las distorsiones que introducen el retardo, el jitter , las p\u00e9rdidas de paquete y el tama\u00f1o de paquete. <\/p>\n

Influencia del Retardo <\/strong><\/p>\n

El retardo total en la transmisi\u00f3n es el resultado final de los retardos individuales de cada uno de los nodos y procesos que componen la red. Algunos de los retardos son fijos, como el tiempo de codificaci\u00f3n y decodificaci\u00f3n, mientras que otros dependen de las condiciones y de la estructura de la red. Cada enrutador debe procesar y encaminar cada paquete que llega a \u00e9l. El tiempo que demora este proceso depender\u00e1 de la capacidad del enlace y del enrutador. <\/p>\n

Por otro lado, la propagaci\u00f3n f\u00edsica de los datos en la red depende del medio de transmisi\u00f3n que en general es cercano a la velocidad de la luz, por lo que si las distancias entre los terminales no son grandes, este tiempo ser\u00e1 peque\u00f1o. Adem\u00e1s cada uno de los buffers que se implementan aumentar\u00e1 el retardo total. <\/p>\n

El retardo tiene un impacto en la calidad de la transmisi\u00f3n, pues a medida que aumenta el tiempo de env\u00edo disminuye el nivel de interacci\u00f3n en la conversaci\u00f3n. Si la conexi\u00f3n es unidireccional un retardo en torno a 150 ms no produce mayor distorsi\u00f3n, pero si \u00e9ste supera los 400 ms la calidad comienza a verse afectada. Por otro lado, en comunicaciones bidireccionales aparece el problema de eco, por lo que para mantener la calidad en niveles aceptables, si el retardo supera los 30 ms, es necesario implementar mecanismos de cancelaci\u00f3n de eco . <\/p>\n

Influencia del Jitter <\/strong><\/p>\n

Se puede describir el Jitter \u00f3 tambi\u00e9n conocido como la fluctuaci\u00f3n de fase a la variaci\u00f3n del retardo de transmisi\u00f3n. El protocolo utilizado para transportar paquetes vocales por Internet (en una red IP) es el protocolo de datagrama de usuario (UDP). El lado de se\u00f1alizaci\u00f3n utiliza la capa de protocolo de control de transmisi\u00f3n (TCP). El UDP funciona en un modo sin conexi\u00f3n, en el que los paquetes no siguen necesariamente la misma ruta y, por tanto, hay variaciones en el tiempo de tr\u00e1nsito. <\/p>\n

Otra posible causa de variaci\u00f3n del tiempo de tr\u00e1nsito puede ser el n\u00famero de encaminadores que se encuentran y la carga de cada uno de ellos. Para reconstituir un flujo s\u00edncrono en el extremo receptor, se instalan buffers de compensaci\u00f3n de fluctuaci\u00f3n de fase. No obstante, este procedimiento incrementa a\u00fan m\u00e1s el retardo de transmisi\u00f3n. Para mantener un nivel de calidad aceptable, la fluctuaci\u00f3n de fase debe ser menor que 100 ms. <\/p>\n

Buffer de fluctuaci\u00f3n de fase: esta memoria permite la resincronizaci\u00f3n de los paquetes que llegan con retardos variables, compensando as\u00ed los desfases temporales y restableciendo el orden correcto de los paquetes. <\/p>\n

\u2022 Empaquetado.
\n\u2022 Descompresi\u00f3n
\n\u2022 Decodificaci\u00f3n y conversi\u00f3n digital-anal\u00f3gica. <\/p>\n

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Influencia de las P\u00e9rdidas de Paquetes <\/strong><\/p>\n

La p\u00e9rdida de un paquete hace que falte informaci\u00f3n cuando se recibe la se\u00f1al de audio. Dependiendo del n\u00famero de paquetes perdidos, la calidad sonora en el extremo receptor puede ser deficiente. En el IP la p\u00e9rdida de paquetes es parte integrante del sistema y los encaminadores tienen que (utilizando el algoritmo de detecci\u00f3n prematura aleatoria) destruir paquetes para evitar una posible congesti\u00f3n. <\/p>\n

Existen cuatro causas posibles para la p\u00e9rdida de paquetes:
\n\u2022 Duraci\u00f3n de vida expirada (TTL = 0).
\n\u2022 Retardo en el extremo receptor superior a la fluctuaci\u00f3n de fase de la memoria tamp\u00f3n.
\n\u2022 Destrucci\u00f3n por un m\u00f3dulo congestionado.
\n\u2022 Paquete no v\u00e1lido debido a fallos de transmisi\u00f3n. <\/p>\n

El protocolo UDP se utiliza para transmitir voz mediante el IP, puesto que tiene la ventaja de utilizar menos tara y depende m enos de protocolos de capa superior (como RTPC\/RTP) para proporcionar control de errores o de flujo, o cuando las necesidades de tiempo real, hacen que la transmisi\u00f3n, tal como la utiliza el protocolo TCP, sea inadecuada. <\/p>\n

La tasa de p\u00e9rdida de paquetes depender\u00e1 de la calidad de las l\u00edneas utilizadas y del dimensionamiento de la red. Para que la calidad vocal sea aceptable, dicha tasa de p\u00e9rdida de paquetes ha de ser menor que el 20%. <\/p>\n

Una soluci\u00f3n posible para reducir la p\u00e9rdida de paquetes consiste en utilizar sistemas de correcci\u00f3n de errores que tengan codificaci\u00f3n redundante y adaptable, es decir, variable de acuerdo con las p\u00e9rdidas de paquete estad\u00edsticamente observadas en la red en determinado momento. <\/p>\n

Es posible obtener, cuando se utilizan dichos sistemas, unos niveles muy altos de calidad sonora, incluso por Internet. No obstante, esta soluci\u00f3n genera otras dificultades relacionadas con el retardo total de transmisi\u00f3n, que, como ya se ha indicado, ha de controlarse si se ha de usar la red para telefon\u00eda. <\/p>\n

Influencia del Eco<\/strong><\/p>\n

El eco es el tiempo que transcurre entre la transmisi\u00f3n de una se\u00f1al y su regreso al transmisor. Por lo general, este problema aparece en el contexto de las comunicaciones de PC a tel\u00e9fono, de tel\u00e9fono a PC o de tel\u00e9fono a tel\u00e9fono, y es causado por los componentes electr\u00f3nicos de las partes anal\u00f3gicas del sistema que reflejan una parte de la se\u00f1al procesada. <\/p>\n

Un eco menor que 50 ms es imperceptible. Por encima de este valor, el hablante oir\u00e1 su propia voz despu\u00e9s de haber hablado. Si se desea ofrecer un servicio de telefon\u00eda IP, las pasarelas (gateway) tendr\u00e1n que procesar el eco generado por la transferencia de dos a cuatro hilos, de lo contrario, no ser\u00e1 posible utilizar el servicio con equipos anal\u00f3gicos cl\u00e1sicos. Como soluci\u00f3n, se est\u00e1n instalando compensadores de eco de alta calidad en la pasarela de la red. <\/p>\n

Tomado de:
\nHunter, A. (2007). Dise\u00f1o e implementaci\u00f3n de experiencias docentes para el servicio de voz sobre IP, mediante la utilizaci\u00f3n de la plataforma asterisk IPBX (tesis de pregrado). Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile.<\/p>\n

Fuente:
\nhttp:\/\/cybertesis.uach.cl\/tesis\/uach\/2007\/bmfcih939d\/doc\/bmfcih939d.pdf<\/p>\n

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