CONMUTACION Codificación y Servicios IP

[pic 1]UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FACULTAD DE COMUNICACIONES ITEC.

CONMUTACION

Codificación y Servicios IP

OBJETIVO

En esta Unidad aprenderás los principios fundamentales de la codificación y compresión de la voz en una red TCP/IP, así como los elementos   necesarias para el funcionamiento de la Voip.  

Estos conceptos te ayudarán   a comprender ciertos contenidos que trabajarás en unidades posteriores.  

Al finalizar esta unidad formativa serás capaz de:  

• Conocer los conceptos   de digitalización y compresión de la voz, así como los códecs que se utilizan en VoIP.  

• Describir, conocer y utilizar   los elementos que normalmente constituyen una red VoIP. 

Codificación de la voz.

Este capítulo   trata del primer paso a dar para poder transportar la voz a través de las redes de datos. La Figura 1 representa este proceso completo y que en este apartado se va a analizar por partes.  

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Figura 1. Proceso de codificación de la voz.

Digitalización (Muestreo).

La comunicación humana de “viva voz”, evidentemente, es analógica pero no resulta práctica su transmisión en esta forma ya que no es eficaz para recuperarse del ruido de la línea. Es mejor digitalizarla pues así es mucho más fácil separar las muestras digitales, que están formadas por bits “ceros” y “unos” del ruido de la línea.  

La digitalización (muestreo) de una señal de voz consiste en realizar unas muestras de sonido a intervalos regulares de tiempo y aproximarlas a unos valores discretos de señal.  

Para ello partimos de lo siguiente: El oído humano medio es capaz de percibir sonidos entre los 20 y los 20.000 Hz y, aunque la voz puede oscilar en un rango parecido, aceptaremos que, eliminando armónicos,   y percibiéndose ese “sonido típico de teléfono”, la voz hablada podemos establecerla entre los 300 y los 3.400 Hz aproximadamente, resultando un ancho de banda de 3,1 kHz, que es el usado en telefonía (Ver Tabla 1).  

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Tabla 1. Ejemplo sobre Anchos de Banda y Frecuencia de Muestreo.

Un codec es el proceso que convierte la señal de voz de su formato natural (analógico) al formato digital (y viceversa) soportado por la red de datos. A modo de ejemplo veremos algo sobre PCM que es uno de los primeros codecs utilizados en telefonía.  

La Modulación por Impulsos Codificados, (PCM) es el método más común para codificar una voz analógica en un flujo digital de “unos” y “ceros”.  

La técnica PCM más habitual utiliza la Condición de Nyquist que dice: “Si queremos digitalizar una señal analógica, debemos muestrear, por lo menos, al doble de la frecuencia más alta que pretendemos capturar”  

Respecto a la amplitud o intensidad de la señal. En telefonía para estos valores discretos de señal se utilizan 8 bits, lo que da lugar a 28=256 posibles valores de amplitud.  

El proceso PCM es el siguiente:  

• Las formas de onda se pasan por un filtro de frecuencias de voz para filtrar cualquier frecuencia mayor de 4.000 Hz.  
• La señal analógica filtrada es luego muestreada a 8.000 muestras por segundo (según Nyquist) para conseguir una transmisión de voz de buena calidad.  
• Cuando se ha muestreado la forma de onda, ésta se convierte en una forma digital discreta. Esta muestra está representada por un código que indica la amplitud de la forma de onda en el instante en que se tomó la muestra. La forma de telefonía de PCM utiliza 8 bits para el código y un método de compresión logarítmico que asigna más bits para señales más baja.  

Si multiplicamos las palabras de 8 bits por las 8.000 muestras por segundo obtenemos 64.000 bps (bits por segundo), que es la base para la infraestructura del teléfono, 64 kbps.  

Compresión de voz  

Existen dos variaciones de la PCM de 64 kbps: la ley µ, que es la estándar utilizada en EE.UU. y la ley a, que es la estándar utilizada en Europa. Los dos métodos son similares en cuanto que ambos utilizan la compresión logarítmica para alcanzar de 12 a 13 bits de calidad PCM lineal en palabras que solo tienen 8 bits, pero se diferencian en detalles de compresión relativamente pequeños.  

El método de la ley µ tiene una pequeña ventaja sobre el método de la ley a en términos de rendimiento de la relación señal-ruido de bajo nivel.  

Inicialmente, cuando se definió este estándar no existían las técnicas de compresión de voz basadas en DSP (Digital Signal Processing).  

Con estos algoritmos se permite la transmisión de voz con un ancho de banda mucho menor. Sin embargo, esta reducción del ancho de banda se consigue a costa de disminuir la claridad de la voz, introducir retardo y hacer la calidad de la voz muy sensible a las pérdidas de paquetes.  

Otro de los métodos de compresión es la modulación por impulsos codificados diferencial y adaptable (ADPCM, Adaptive Differential Pulse Code Modulation). Que codifica utilizando muestra: de 4 bits, lo que da una velocidad de transmisión de 32 Kbps. Estos 4 bits no codifican directamente la amplitud de la voz, sino que codifican las diferencias de la amplitud, así como la velocidad de cambio de esa amplitud, empleando alguna predicción lineal rudimentaria.  

Estas técnicas se pueden agrupar generalmente como codecs de origen, e incluyen variaciones como la codificación con predicción lineal (LPC, Linear Predicive Coding), la compresión de predicción lineal con excitación por código (CELP, Code Excited Linear Prediction Compression) y la MP-MLQ (Multipulse, Multilevel Quantization).  

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