Estandares de Voz

UNIVERSIDAD GALILEO FISICC-IDEA CEI: QUETZALTENANGO CURSO: NORMAS Y ESTÁNDARES EN TELECOMUNICACIONES TUTOR: LIC. JULIO SANTIZO HORARIO: SÁBADO 16:00- 17:00

INVESTIGACION EN INTERNET ESTÁNDARES DE CODIFICACIÓN DE VOZ

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NOMBRE: F. EDUARDO BAUTISTA FUENTES NO. CARNÉ: IDE 1211294 07 DE FEBRERO DE 2015

INTRODUCCION

Codificar la voz consiste en transformar las ondas sonoras que la representan a otro tipo de representación que, aunque menos natural, sí resulta más adecuada para determinadas tareas. Veamos un posible ejemplo de codificación de voz: supongamos que disponemos de un ordenador que tiene conectado un micrófono, las ondas sonoras se pueden traducir a valores numéricos (que el ordenador puede almacenar) sin más que ir midiendo periódicamente el resultado de la excitación del micrófono. Posteriormente, los valores almacenados podrían utilizarse para excitar un altavoz, y así reproducir la voz. La codificación también estudia, una vez que se ha transformado la se ñal de voz a otra representación, cuál es la mejor forma de tratar esa nueva representación para que el tratamiento de la información obtenida sea el óptimo.

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Historia de los codificadores de voz Hace unos cincuenta años que empezó la investigación en el campo de la codificación de la voz. El pionero fue Homer Dudley, que trabajaba en los laboratorios de la Bell Telephone. La motivación a esta investigación surgió por la necesidad de transmitir voz por los cables de telegrafía de peque ño ancho de banda. La idea del vocoder (VOIce CODER, codificador de voz ) de Dudley era analizar la voz para extraer una serie de características y que el emisor enviase esas características, cuando éstas le llegasen al receptor reconstruiríria la voz original. Este codificador recibió gran atención durante la Segunda Guerra Mundial, debido a su potencial en cuanto a eficiencia y posibilidad de encriptación se refiere. Las primeras implementaciones del vocoder eran analógicas, sin embargo, con el nacimiento de los sistemas digitales y de las posibilidades que éstos ofrecen, pronto se pasó a las implementaciones digitales. Durante la década de los 40 hubo una gran actividad en la Codificación por Modulación de Impulsos (PCM). Este tipo de codificación no sigue la filosofía del vocoder de Dudley (y de los vocoders en general), sino que simplemente muestrea la voz. A partir del PCM se desarrollaron el DPCM y el ADPCM, que fueron propuestos como estandar por la CCITT (International Consultative Committee for Telephone and Telegraph). Gracias a la flexibilidad de los sistemas digitales, se pudo experimentar con formas más sofisticadas de representación de la voz. Fant, a finales de los 50, trabajó en el modelo de producción de voz lineal. El surgimiento de la tecnología VLSI, tecnología de muy baja escala de integración, durante los 60 y 70 permitió nuevas soluciones al problema de la codificación de la voz. Así, por ejemplo, Flanagan y Golden propusieron una solución basada en la Transformada de Fourier. Durante los 80 y 90, la investigación ha ido encaminada a conseguir codificadores que utilicen un ancho de banda cada vez menor mientras que la calidad de la voz sea cada vez mejor. Con esto se permite utilizar con más eficiencia y eficacia los canales de transmisión, se facilita la encriptación y se aprovechan mejor los sistemas de almacenamiento.

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ESTANDARES DE CODIFICACION DE VOZ:

La codificación es el proceso de transformación de una señal analógica a una señal digital que pueda ser transmitida por canales de ancho de banda bajo. Los pasos que se siguen en este proceso son: -

Filtro pasabanda: que limita el rango de frecuencia que se desea muestrear y reducir así los bits necesarios para digitalizar la señal analógica. -

Muestreo: convierte la señal analógica en una señal de valores discretos.

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Cuantificación: asigna un valor binario a las muestras obtenidas en la fase de muestreo.

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Codificación: existen diversas técnicas de codificación.

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PCM (Pulse Code Modulation) que es la modulación por pulsos codificados (básicamente es el proceso de cuantificación).

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DPCM (Differencia Pulse Code Modulation) que codifica la diferencia entre dos señales consecutivas.

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ADPCM (Adaptive Differencial Code Modulation) que se adapta dinámicamente a los diferentes tipos de señal aumentando o disminuyendo la resolución. Los estándares especificados por la ITU-T para la codificación de audio son

G.711, G.722, G.723, G.728 y G.729.

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G.711 Es el estándar de codificación de audio para telefonía y videotelefonía. Se

basa en codificar muestras de la señal de audio a 8 KHz y asignar a esas muestras un código de 8 bits con el que conseguimos tener 256 posibles valores de la muestra con flujos de 64 Kbps. Es lo que se llama modulación por impulsos codificados (PCM). Es el estándar más apropiado para conexiones de alta velocidad.

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G.722

Este estándar utiliza la técnica ADCPM, es decir, no codifica el valor de la muestra sino la diferencia con el valor anterior de la muestra que se puede codificar con menos bits al ser una diferencia muy pequeña. Así, en este estándar se muestrea la señal a 16 KHz y se asignan códigos de 4 bits consiguiendo tener 16 posibles valores de la señal y obteniendo así mayor calidad que con el estándar G.711. Si en el anterior estándar se convertían frecuencias de 3.1 KHz a 64 Kbps, este consigue convertir frecuencias de entre 50 Hz y 7 KHz a 5.3 y 6.3 Kbps reduciendo así el empleo de ancho de banda.

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G.723  Al igual que G.722 comprime frecuencias comprendidas entre 50 Hz y 7KHz

pero lo hace a canales de 48, 56 y 64 Kbps, consiguiendo así mayor disponibilidad y mayor calidad en la transmisión y recepción.

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G.728 Este estándar se basa en fórmulas matemáticas para reproducir la señal y

lo que codifica son los parámetros predictores utilizados en esas fórmulas para los que sólo son necesarios 2 bits con los que conseguimos sólo 4 niveles de cuantificación para la señal con 16 Kbps. Consigue codificar frecuencias de 3.1 KHz a flujos de 16 Kbps.

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G.729 Estándar equivalente a G.728 pero se reduce el régimen binario de 16 Kbps

a 8 Kbps permitiendo comprimir así los 64 Kbps.

Los estándares sobre VoIP (Voz sobre Ip) Desde hace tiempo, los responsables de comunicaciones de las empresas tienen en mente la posibilidad de utilizar su infraestructura de datos, para el transporte del tráfico de voz interno de la empresa. No obstante, es la aparición de nuevos estándares, así como la mejora y abaratamiento de las tecnologías de compresión de voz, lo que está provocando finalmente su implantación. Los esfuerzos por establecer estándares se concentran en tres elementos principales del internet telefónico: el formato de codificación de audio, el transporte de los protocolos de información y los servicios de directorio. En mayo de 1996 la ITU (International Telecommunications Unión) ratifico la especificación H.223, la cual define como el tráfico de voz, datos y video, debe transportarse en redes de área local(LAN) basadas en IP; también incorporan el Normas y Estándares en Telecomunicaciones ESTANDARES DE CODIFICACION DE VOZ

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estándar T.120. La recomendación se basa en el protocolo de tiempo real / protocolo de control de tiempo real (RTP/RTCP), para administrar señales de audio y video.

Ésta imagen muestra cómo funciona el protocolo H.323, para realizar la conexión entre PC’s, y como se incrementa el número de protocolos que intervi enen en la

transmisión de acuerdo al tipo de datos que se desea intercambiar. La siguiente tabla muestra los protocolos utilizados en la transmisión de voz sobre IP así como su función correspondiente:

Protocolos H.323

H.324

Función Direcciona el conjunto de aplicaciones internettelefónicas, definiendo la sensibilidad de retraso en el tráfico de las señales de voz y video, tiene prioridad de transporte para asegurar comunicaciones en tiempo real por internet. Esta especificación define el transporte de las señales de voz, datos y video, sobre redes

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H.320 G.729* (recomendación H.323)

telefónicas estándar. Este define los protocolos para transportar voz, datos y video, sobre redes digitales de servicios integrados (ISDN). Es la recomendación que especifica la codificación de audio.

Los protocolos que se mencionan a continuación se encuentran organizados de acuerdo a los planes fundamentales básicos utilizados en las redes telefónicas públicas de telecomunicaciones. El VoIP/H.323 comprende a su vez una serie de estándares y se apoya en una serie de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación: 

Direccionamiento: 1. RAS (Registration, Admision and Status). Protocolo de comunicaciones que permite a una estación H.323 localizar otra estación H.323 a través del Gatekeeper. 2. DNS (Domain Name Service). Servicio de resolución de nombres en direcciones IP con el mismo fin que el protocolo RAS pero a través de un servidor DNS

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Señalización: 1. Q.931 Señalización inicial de llamada 2. H.225 Control

de llamada:

señalización, registro

y admisión,

y

paquetización / sincronización del stream (flujo) de voz 3. H.245 Protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para streams de voz

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Compresión de voz:

1. Requeridos: G.711 y G.723 2. Opcionales: G.728, G.729 y G.722 Normas y Estándares en Telecomunicaciones ESTANDARES DE CODIFICACION DE VOZ

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Transmisión de voz:

1. UDP. La transmisión se realiza sobre paquetes UDP, pues aunque UDP no ofrece integridad en los datos, el aprovechamiento del ancho de banda es mayor que con TCP. 2. RTP (Real Time Protocol). Maneja los aspectos relativos a la temporización, marcando los paquetes UDP con la información necesaria para la correcta entrega de los mismos en recepción.

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Control de la transmisión:

1. RTCP (Real Time Control Protocol). Se utiliza principalmente para detectar situaciones de congestión de la red y tomar, en su caso, acciones correctoras

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