U04-Digitalización y Tráfico de La Voz

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Digitalización y Tráfico de voz

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INTRODUCCION� En estos tiempos donde la información juega un papel

indispensable en la vida de todos nosotros, la necesidad demover y procesar grandes cantidades de información escrucial para las compañías de telecomunicaciones.

� Realizar esta tarea es más fácil si tenemos la informaciónen formato digital. Por eso la importancia digitalizar lainformación.

� Y además sería más fácil mover mayor cantidad deinformación si pudiéramos hacer que ésta ocupe menosespacio. Para esta tarea los compresores juegan un papelcrucial tratando de lograr altas tasas de compresiónmanteniendo la calidad de voz.

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Objetivos

� Conocer y analizar las principales técnicas dedigitalización utilizadas en la comunicación de datos.

� Conocer las aplicaciones de la digitalización en latransmisión de voz.

� Conocer los tipos de señalización digital.

� Conocer y analizar los principales codificadores devoz.

� Aprender a seleccionar el codificador de voz adecuadode acuerdo a sus características.

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Índice

� Digitalización de la Voz

� Compresión de Voz

� Factores que afectan la calidad de la voz

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Digitalización de la Voz

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¿Por qué digitalizar?

� La voz análoga no se propaga bien a largasdistancias

� La señal decae con la distancia.

� Ruido de fondo llega a ser comparable a la señal.

� Amplificación de la señal también amplifica elruido.

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¿Por qué digitalizar ?

� Digitalizar la voz permite discriminar mejor laseñal del ruido.

� Hoy en día, la voz se transmite siempre en formadigital, excepto en el ‘local loop’ (excepto ISDNque extiende la voz digital hasta el abonado).

� Se utilizan Códecs.

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PCM� PCM: Pulse Code Modulation, utiliza códec por

forma de onda y se basa en el Teorema deNyquist:� Rango de frecuencia de voz: 300-3400 Hz

� Frecuencia de Muestreo = 8000/sec

� Usado en la telefonía Pública

CODEC

PCM64 Kbps

8 bits * 8000 muestras/seg = 64 kB/s

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PCM

� Códecs estandarizados

� UIT-T G.733: Usado en USA por el termino líneas T1

� ITU-T G.732: Conocidos en Europa como líneas E1. Adiferencia de T1 éste soporta hasta 30 canales y laseñalización es conducida en otro canal.

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Compresión de Voz

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Optimización de la Voz

� ¿Por qué comprimir?

� Desventajas de la compresión

� Medición de la Calidad de Voz

� Estándares de compresión

� Supresión de Silencios

� Consideraciones de Diseño

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¿Por qué comprimir?

� El objetivo de la optimización de voz es:� Reducir el ancho de banda requerido para transmitir la

voz, con una calidad adecuada de conversación.

� Voz codificada estándar PCM: 64kbps por conversación.

� Estándares de compresión permiten reducir el ancho debanda requerido a típicamente: 11kbps/conversación.

E1 - 2048 kbps

30 circuitos TDM

Aprox. 200 llamadas IPcomprimidas (11kbps)

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Desventajas de la Compresión de Voz� Degradación en la conmutación de Tandem.

� Retardo y Eco.

� Pérdida de continuidad.

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� MOS – Puntaje de Opinión Media

� Es un sistema para dividir la calidad de voz en unaescala.

Score Quality Descripción de Deterioro

54321

ExcellentGoodFairPoorBad

Deterioro imperceptible Simplemente perceptible, no evita la conversación Perceptible y ligeramente evita la conversación Se puede conversar pero no se reconoce a la person a Muy Molesto e Inaceptable

MOS de 4 = Toll Quality (Calidad Total)

Medición de la calidad de Voz

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� Compresión de Voz: El objetivo de la compresión de voz es optimizar el uso del ancho de banda, para ello se utilizan los códecs.

� Waveform coders: Hacen una aproximación no linear de la actual forma de señal.

Ejemplo: G711 (PCM), G726(ADPCM)

Sam

plin

gS

ampl

ing

Filt

erin

gF

ilter

ing

Enc

odin

gE

ncod

ing

Qua

ntiz

ing

Qua

ntiz

ing 1110010010010110

Waveform ENCODER Waveform DECODER

Codecs

ADPCM = Adaptive Differential Pulse Code ModuleAntes de la digitalización coge la señal analógica y la divide en bandas de frecuencia. Cada sub-banda es tratadade modo distinto utilizando las propiedades de DPCM, es decir, se lleva a cabo el proceso de muestreo,cuantificación del error de predicción y finalmente se codifica. Un vez que se obtiene la sucesión de bits(“bitstream”) de cada sub-banda, se multiplexan los resultados y ya se puede proceder a almacenar los datos obien transmitirlos. El decodificador tiene que realizar el proceso inverso, es decir, demultiplexar y decodificar cadasub-banda del “bitstream”.

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5

4

3

2

12 4 8 16 32 64

Kbps

Sub

ject

ive

Qua

lity

(MO

S)

Hybrid Coders

Vocoders

Waveform Coders

Estándares de Compresión de Voz

� Compresión De Voz� Vocoders: Voz sintetizada

Ejemplo: LPC BW:2.4 Kbps

� Hybrid coders: Hacen una aproximación Linear de forma de señal con voz sintetizada.

Ejemplo: CELP Bw:4-16 Kbps

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Bandwidth(Kbps)

Quality

InaceptableInaceptable BusinessQuality

BusinessQuality

TollQuality

TollQuality

8

16

32

24

64

0

*PCM (G.711)

*PCM (G.711)

*ADPCM 32 (G.726)

*ADPCM 32 (G.726)

*ADPCM 24 (G.726)

*ADPCM 24 (G.726)

*ADPCM 16 (G.726)

*ADPCM 16 (G.726)

*LDCELP 16 (G.728)

*LDCELP 16 (G.728)

*CS-ACELP 8 (G.729)

*CS-ACELP 8 (G.729)*

LPC 4.8*

LPC 4.8

(Celular)(Celular)

Estándares de Compresión de Voz

� Compresión De Voz� ADPCM (Modulación por código de pulso linear adaptivo)

� CELP (Código excitado linear predictivo)

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Método De Compresión MOS Score Delay (msec)

64K PCM (G.711) 4.4 0.75

32K ADPCM (G.726) 4.2 1

16K LD-CELP (G.728)

8K CS-ACELP (G.729) 4.2 15

8K CS-ACELP (G.729a) 15

3–54.2

3.6

Estándares de Compresión de Voz

� Calidad De Voz

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Supresión de Silencios

� Dada la naturaleza de una conversacióntelefónica el 70% de la comunicación sonsilencios.

voz

voz

voz

1

2

3

Silencios

Silencios

Silencios

Canal de Comunicación

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Factores que afectan la calidad de la voz

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Factores que afectan la calidad de la voz

� Eco

� Propagación de la Señal (Retardo o Delay)

� Compresión

� Jitter: Variación de retardo

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ECO en la red

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El ECO siempre está presente

� El eco es un problema y está en función alos retardos.

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Supresión del ECO

� Se suprime en camino de retorno mediantecanceladores de ECO.

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Primer Bit Transmitido

Bit Anterior recibido

Network

A A

Emisor Receptor

t

PBX PBX

Tránsito Delay

En LA RedProcesamiento

DelayProcesamiento

Delay

Delay Punto a Punto

Retardo o delay

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� Consideraciones

One Way Delay (msec) Description

0–150 Acceptable for Most User Applications

150–400

Acceptable Provided that Administrations are aware of the Transmission Time Impact on the Transmission Quality of User Applications

400+Unacceptable for General Network Planning Purposes; However, it is Recognized that in some Exceptional Cases this Limit will be Exceeded

Retardo o delay

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Congestión

Retardo: 70 ms ±±±± 20 ms (retardo: 70 ms, jitter: 40 ms)Red vacía

t

t

Emisor Transmite

Receptor Recibe

AA BB CC

AA BB CC

50 ms

Emisor Receptor

Red

50 ms 90 ms

Variación o Fluctuación de Retardo –JITTER : Señal de ruido no deseada

Jitter buffer

� Asignación de una pequeña cola o almacén para irrecibiendo los paquetes y sirviéndolos con un pequeñoretraso.

� Si alguno paquete no está en el buffer (se perdió o no hallegado todavía) cuando sea necesario se descarta.

� Normalmente en los teléfonos IP (hardware y software) sepueden modificar los buffers.

� Un aumento del buffer implica menos perdida de paquetespero más retraso. Una disminución implica menos retardopero más perdida de paquetes.

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Enlaces

� http://www.voip-info.org/wiki-Codecs

� http://voip.about.com/od/voipbasics/a/MOS.htm

� http://www.ozvoip.com/voip-codecs/

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Cuestionario1. Respecto a la «cancelación

de eco» :

a) Pagar una deuda que se llama eco

b) Sólo por hardware

c) Está en función del retardo

2. ¿Cuál es un codificador de forma de onda?

a) G729

b) G711

c) G723

d) NA

3. El jitter hace referencia a :

a) Retardo de la voz

b) Latencia de un dispositivo

c) Diferencia entre retardos

d) NA

4. El MOS más alto lo tiene:

a) G729

b) G711

c) G723

d) NA

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Respuestas1. Respecto a la «cancelación

de eco» :

� c

2. ¿Cuál es un codificador de forma de onda?

� b

3. El jitter se referencia a:

� c

4. El MOS más alto lo tiene:

� b