VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 1

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1 VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 1

2 Indice Cap.I: Introducción Mercado Evolución Convergencia Cap. II: Digitalización de la voz Codecs Calidad Ancho de Banda Cap.III: VoIP Standards y Protocolos H.323 SIP Comparativa Cap.IV: VoIP Calidad de Servicio Parametros de la red QOS Cap.V: Integración de VoIP en el acceso Voz sobre DSL Voz sobre HFC Cap. VI: Otras alternativas en el transporte VoATM VoFR Cap. VII: Hardware y Servicios VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 2

3 Capítulo I VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 3

4 Evolución de las Redes El servicio de voz, ha sufrido cambios desde su inicio en la década de los 20. Las redes destinadas a voz fueron evolucionando desde: redes de circuitos exclusivos punto a punto pasando por nodos de conmutación manual luego la evolución de la conmutación automática de circuitos. La conmutación de circuitos se adapta perfectamente a los requerimientos del servicio de voz. Durante años hemos visto avances en estas redes, multiplicando su capacidad y velocidad. Hacia los años 70 con la aparición de los datos y la necesidad de transportar los mismos de un punto a otro, se recurrió a la red existente en ese momento, o sea la red de conmutación de circuitos. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 4

5 Evolución de las Redes Si bien la conmutación de circuitos se adaptaba perfectamente a la voz, rápidamente se vieron los inconvenientes que aparecían al transportar los datos. Dada que el transporte de los datos se hace mediante el armado de paquetes, las redes óptimas para el transporte de los datos tomaron el nombre de Redes de conmutación de paquetes La conmutación de circuitos, permite: reserva de conexión durante el tiempo necesario canales dedicados para cada conexión mínimos retardos Características que se adaptaban perfectamente a la voz, pero para los datos estas presentaban los siguientes problemas: VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 5

6 Evolución de las Redes Ineficientes en el uso de canales. Gran desperdicio de recursos. Lo cual motivo a la separación de servicios, empleando redes dedicadas a cada uno. Llegando a las redes de fines de los 80, donde los datos se transportaban sobre conmutación de paquetes y la voz sobre conmutación de circuitos. Si ahora añadimos, otros servicios como ser Video, nos encontraremos con la coexistencia de redes independientes, multiplicando recursos, aumentando los costos y dificultando la posibilidad de brindar al cliente los diversos servicios sobre una misma red. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 6

7 Convergencia El concepto de convergencia apunta a: una única red gestión integrada de todos los servicios soporte multiservicio plataforma eficiente de transporte. Si tomamos en cuenta los objetivos propuestos, estamos hablando de una red de Banda Ancha capaz de soportar todos y cada uno de los servicios. En este punto podríamos decir que se logra un transporte eficiente de los servicios, pero no hay que olvidarse del acceso de los mismos al cliente, el cual también requería de redes separadas. Si aplicamos el mismo principio en el acceso, tendremos ahora las redes de banda ancha en el cliente. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 7

8 Convergencia Desde el punto de vista tecnológico nos encontramos en la actualidad con el siguiente escenario: VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 8

9 La voz migra a otras redes Con los avances en la técnica de procesamiento de señales y posterior aparición del DSP,se logra la incorporación de la voz en las redes de paquetes. Apareciendo así íla VoIP y siendo el punto de partida de nuestro estudio. VoIP pasa de una técnica de laboratorio y pruebas no demasiado satisfactoria, a ser uno de los negocios de mayor crecimiento. VoIP evoluciona rápidamente, logrando: transporte eficiente reducciones en los costos integración en las redes servicios de valor agregados mínima utilización de ancho de banda VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 9

10 Tráfico comparado VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 10

11 VoIP - Telefonía IP Si bien se habla en general de VoIP, al mencionar la tecnología debemos hacer las salvedades del caso y distinguir dentro de la voz paquetizada, dos aplicaciones con mercados y características distintas. Voz sobre IP (VoIP): se emplea dicho término a toda implementación de voz paquetizada que se utiliza en una red privada (LAN) pudiendo esta tener o no contacto con la PSTN IP Telephony: se emplea dicho término a toda red de voz paquetizada, soportada sobre redes de área amplia (WAN), las cuales cumplen las veces de la PSTN en forma total y/o parcial. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 11

12 VoIP - Telefonía IP VoIP, entonces se limita al uso corporativo, interoficinas y demás en el cual se emplea la misma estructura LAN que posee la empresa. Pudiendo esta, utilizar enlaces WAN, pero siempre bajo una estructura u cerrada e interna, propia de cada corporación. Telefonía IP, se caracteriza por brindar servicio de telefonía tlf sobre IP, IPtanto t en forma local como internacional. Reemplazando en muchos casos a las mismas TELCO y operadores de Larga Distancia, ofreciendo e tarifas asreducidas dasy en algunos casos funcionalidades adicionales (Fax e Imágenes). VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 12

13 VoIP - Telefonía IP Por lo tanto el análisis, proyecciones y mercados deben analizarse por separado Si bien la tecnología y principio utilizados sean los mismos, ambos conforman servicios i distintos, orientados a aplicaciones y mercados distintos. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 13

14 VoIP mercado y expectativas Mercado: mientras VoIP comienza como un juego y una aplicación de menor importancia, rápidamente se observa la potencialidad del mismo y el volumen del posible mercado. Mercado Americano: Estima 50% del mercado migrando a VoIP hacia el 2007 Mercado potencial de MU$S Mercado Europeo: Actualmente, representa el 6% del tráfico internacional Estimaciones de crecimiento al 15% para el 2007 VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 14

15 VoIP en las empresas Gran cantidad de empresas están en plena migración a VoIP, o planean a corto o mediano plazo la migración. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 15

16 Telefonía IP El factor clave para el desarrollo de dicha tecnología estriba en la fuerte diferencia tarifaria en las comunicaciones internacionales. Mientras el precio del minuto de una llamada local es de $0,13 el mismo asciende a $0,88 en promedio para una llamada internacional. El uso de la estructura de Internet y redes IP dedicadas, permite brindar servicios a valores muy inferiores. Razón por la cual la Telefonía IP encuentra un mercado amplio y ofrece valores muy por debajo de los ofrecidos por la PSTN. Aparece el concepto de ITSP (IP Telephony Service Provider), multiplicandose en USA y el resto del mundo. ITXC, Primus, Startec Global, Teleglobe, Delta Three, ibasis, FNet, Vocaltec, IPCB.net VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 16

17 Distribución de Tráfico en USA VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 17

18 Telefonía IP Los servicios ofrecidos son: comunicación PC - PC PC - POTS FAX Videoconferencia Calling Card Los cuales emplean según la aplicación y el segmento de mercado: equipos POTS tradicionales Soft phones Hardware dedicado. Los cuales veremos más en detalle en el capítulo 7. Las tarifas (principal atractivo): USA Europa América VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 18

19 Telefonía IP En cuanto a la calidad del servicio, podemos dividirlo en: Bajo precio / baja calidad Equivalente PSTN Servicios de valor agregado Obviamente las categorías tienen su segmento: residencial, hobbie Corporativo, SOHO, residencial Corporativo, Pymes, SOHO VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 19

20 Voz sobre paquetes Cronología de la Voz paquetizada 1995, Vocaltec presenta el primer teléfono IP 1996, la tecnología comienza a difundirse, pero como un hobbie y prueba de laboratorio 1998, Vocaltec, Cisco, Microsoft coso yo otros osfundan IP Forum Se crea el IMTC (International Multimedia Teleconferencing Consortium) IP Forum es incorporado el IMTC , las Telco, comienzan a hacer anuncios de sus estrategias de VoIP (MCI, Sprint, Cable & Wireless, BT, etc) El aspecto regulatorio de VoIP, se encuentra dividido entre promotores y detractores. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 20

21 Estandarización de la VoIP Los principales organismos intervinientes en la estandarización de VoIP, son: ITU IETF IMTC ETSI La ITU presenta en el año 1996, la especificación H.323. Se dice especificación dado que H.323 no es mas que un conjunto de normas agrupadas. La razón de esto es que la H.323, no solamente cubre lo relacionado con la voz, sino también con lo relativo a Multimedia, debiendo especificar entonces el tratamiento de video, datos su multiplexado y control. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 21

22 Protocolos ITU Por lo tanto tenemos que H.323 como especificación diseñada para entornos LAN. La adaptación a las características propias de los distintos medios de transporte, ha generado la aparición de una familia de normas destinadas al Multimedia Norma Año Transporte Audio Video Control Multiplexado H ISDN G.711 H.261 H.242 H.221 H POTS G.723 H.263 H.245 H.223 H.310/ ATM MPEG-1 H.262 H.245 H.222 H323 H /8 LAN G711 G.711 H.261/3 H245 H.245 H225 H.225 VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 22

23 Protocolos ITU H.323 se convierte en el standard de facto Todos los productos comerciales adoptan dichas especificaciones y comienza a hb haber cierta interoperabilidad it bilidd entre los equipos. H.323 es el resultado y evolución de las normas anteriores, orientadas a una red LAN,,partiendo de una premisa fundamental. El H.323 tuvo dos versiones y se esta trabajando sobre la tercera H.323 v.1 (1996) basada en una red con QOS no garantizada. H.323 v.2 (1998) define VoIP independientemente de multimedia, mejoras sustanciales con respecto a la versión 1. H.323 v.3 (1999) permite definición de CODEC. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 23

24 Protocolos ITU H.323 v.4 (en estudio 2000), incorpora servicio de fax (T.38) H.323 v.5 (borrador 2003), incorpora cambios en la señalización, ió TTL y demás. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 24

25 Protocolos del IETF El IETF, es conocido del ámbito de las redes de datos mediante las RFC. En lo relacionado con VoIP, presenta los protocolos: SIP (Session Initiation protocol) MGCP (Media Gateway Control Protocol) SAP (Session Announcement ncement protocol) RTSP (Real Time Streaming Protocol) SDP (Session Description Protocol) RTP (Real Time Protocol) RTCP (Real Time Control Protocol) MEGACO (Media Gateway Controller) De los cuales utilizaremos mayormente en los capítulos siguientes los protocolos RTP, RTCP, SIP y MGCP. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 25

26 Protocolos del IETF El hecho que distintos organismos generen diferentes protocolos que trabajan en principio sobre la misma función, ha generado controversias, discusiones y pugnas por imponer el protocolo reinante. Como ser el caso de H.323 vs. SIP Lo cual analizaremos en el capítulo 3. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 26

27 IMTC IMTC, International Multimedia teleconferencing Consortium Si bien no posee su propio cuerpo de normas, el mismo se dedica di a promover, facilitar, desarrollar y analizar la interoperabilidad de los sistemas de teleconferencia Multimedia, sobre estándares abiertos. IMTC, es conocido como uno de los entes encargados de los estudio y pruebas en el campo de la interoperabilidad. En particular, la interoperabilidad, d conocida como Superops entre entidades T.120 y H.323. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 27

28 Protocolos del ETSI - Typhon TYPHON, Telephony & Internet Protocol Harmonization over Networks. Inicia sus actividades en mayo de 1997, con el objetivo, de: Internamente se dividen en 8 grupos de trabajo. Lograr la interoperabilidad yconvergencia vege caen los sistemas punto a punto de Telefonía y Multimedia sobre las NGN s s. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 28

29 Capítulo II VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 29

30 Codificación de la Voz El primer paso en VoIP es convertir la señal analógica en una señal digital. Desde hace muchos años se conoce el principio de PCM, el cual comienza hacia los años 40. Hacia los años 50 se comienza a trabajar sobre lo que se toma como el precursor del Vocoder, el cual progresa recién en la era digital, dado que la tecnología analógica no era suficiente. El gran salto en técnicas de compresión se logra con la aparición de DSP (Digital Signal Procesor), dado que si bien las bases matemáticas estaban dadas desde hacia años, el bajo nivel de procesamiento de la época, no permitía obtener resultados en tiempo real. Con lo cual los algoritmos de mayor compresión aparecen hacia fines de los 80. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 30

31 Codificación de la Voz La ITU normalizó las distintas técnicas de compresión, algunas de las cuales utilizaremos en De lo visto anteriormente, la ITU, generó una serie de especificaciones para el servicio VoIP. de Multimedia según el medio de transporte, Año Norma Técnica Vl Velocidad idd(kb/) (Kb/s) especificando además que tipo 1972 G.711 PCM 64 de compresión utilizar en cada 1984 G.721 ADPCM 32 caso G722 G.722 ADPCM 48, 56 Y G.728 LD-CELP G.729 CS-CELP G7231 G MPC-MLQ MLQ 53Y64 5,3 6,4 VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 31

32 Codificación de la Voz La razón por la cual existen tantas variantes en la IP H.323 G.711, 723.1, ;8y64Kb/s 5,3 compresión, se debe a años de investigación y una meta en común: menor velocidad d Por lo tanto en VoIP, mayor calidad utilizaremos: mayor eficiencia e c en el G.711 algoritmo G menor retardo en la compresión G.729 Medio Especificación Compresión Voz Velocidades ATM H.310/321 G.711, y 64 Kb/s Ethernet H.322 G.711, y 64 Kb/s POTS H.324 G.723.1, 729 5,3 y 8 Kb/s ISDN H.320 G.711, y 64 Kb/s VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 32

33 Codificación de la Voz La codificación de la voz se subdivide, según: Estos tres grandes grupos se caracterizan por: codificación por forma de onda. Vocoder (Voice CODER), basado en el principio de generación e de la voz. Híbridos, se combinan los dos anteriores, logrando lo mejor de cada uno. (alta calidad / bajo bitrate) VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 33

34 Codificación por forma de onda A este tipo de codificadores corresponden: G PCM G ADPCM G ADPCM VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 34

35 G Pulse Code Modulation Pertenece a los codificadores por forma de onda Es la codificación por excelencia en los sistemas TDM,el mismo esta compuesto por: muestreo cuantificación uniforme logarítmica codificación Para el canal telefónico de 4 Khz de ancho de banda. Por el Teorema de Nyquist, se debe cumplir que: Fs ] 2 * Fi Por lo tanto la Fs (frecuencia de sampling) o muestreo se toma de 8 Khz. Lo cual arroja un numero de 8000 muestras de la señal de entrada por cada segundo. La señal de entrada es muestreada a Fs. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 35

36 G Pulse Code Modulation Por lo tanto a la salida del muestreador tendremos: Uniforme: se dividen las posibles combinaciones binarias en forma simétrica entre los distintos niveles de la muestra. Luego dichas muestras deben ser cuantificadas, para lo cual tendremos en principio dos opciones: cuantificación uniforme cuantificación logarítmica VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 36

37 G Pulse Code Modulation Logarítmica: se aplica una asignación no lineal entre codificación disponible y niveles de las muestras, buscando con esto un mejor comportamiento ante señales de entrada de bajo nivel. Este proceso alineal sigue una transferencia del tipo logarítmica, la cual la ITU pasa a llamar: Ley A Ley μ La cual presentan leves diferencias en la correspondencia de niveles. Siendo la Ley A empleada en Europa y la Ley μ en USA. En los casos de llamadas internacionales nos vemos en la obligación de realizar la conversión entre Ley μ -Ley A, el cual ha sido fijado por la ITU como responsabilidad del país de Ley μ. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 37

38 G ADPCM ADPCM (Adaptative Diferential Pulse Code Modulation), variante del PCM, que busca optimizar la velocidad. La señal lpcm presenta una gran correlación entre las muestras. La cual dependiendo de la variación de la señal de entrada puede llegar a ser bastante importante. Por lo tanto se logra una menor dispersión en la diferencia de las muestras que con las muestras mismas. Dada la baja dispersión, se puede utilizar un nivel de codificación inferior, reduciendo así, la cantidad de bits a emplear. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 38

39 G ADPCM ADPCM, utiliza para la codificación de la diferencia de las muestras solamente 4 bits. El predictor, cumple la función de estimar la salida en base a: 6 variaciones anteriores 2 diferencias de muestras Dado que los valores mencionados están en función de la velocidad de variación de la señal de entrada, se busca poder adaptar los mismos a dicha señal. La parte adaptativa de método permite, trabajar en dos modos, según la señal de entrada: rápido voz lento datos VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 39

40 G ADPCM VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 40

41 Por qué comprimir? Algunos se preguntarán porque es necesaria la compresión de la voz, si en las redes analógicas no se realiza dicha técnica e inclusive 64 Kb/s no parece demasiado? VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 41

42 Por qué comprimir? He aquí un breve ejemplo numérico que servirá para aclarar las cosas. Debemos convertir la señal de entrada analógica en bits sobre la red para lo cual emplearemos G.711. El proceso simplificado será en siguiente: muestrear cuantificar codificar paquetizar pq transmitir a la red Las muestras se toman a 8 Khz, lo cual corresponde a 125 μs cada una. Cada muestra se codifica con 8 bits, lo cual nos queda: 8000 m/s * 8 bits/m = 64 Kb/s Luego debemos insertar cada muestra en un paquete e para a su transmisión en la red, (por lo tanto el encabezado será de 58 bytes) 1 byte muestra + 58 encabezado Debo enviar 1 paquete por cada muestra VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 42

43 Por qué comprimir? Con lo cual tenemos: 1 seg. = 8000 muestras 1 muestra = 1 paquete 1 paquete = 59 bytes 1 byte = 8 bits 1 seg. = 8000 * 59 * 8 1seg = bits G.711 => 3,77 Mb/s Por lo tanto con este sistema no podremos enviar ni un solo canal en una trama E1. El error esta en el proceso de paquetizado, en el cual por cada muestra, debido a los protocolos a emplear (Eth/IP/UDP/RTP), cada paquete posee un encabezado de 58 bytes. Los cuales resultan absurdos comparados con nuestra carga. La solución entonces es aumentar la carga de manera de equilibrar la relación carga/encabezado. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 43

44 Por qué comprimir? Periodo de paquetizado: se denomina al tiempo transcurrido en la obtención de n tramas, para el posterior paquetizado. Dicho numero aparece en las recomendaciones de la ITU, pero según el caso puede ser modificado a criterio del usuario. Las soluciones al problema encontrado pasan por: reducir la velocidad de codificación emplear varias muestras por cada paquete a enviar reducir el overhead del paquete, e, de manera a de optimizar el transporte. Veremos más adelante que cada opción posee ventajas y desventajas, las cuales deben ser cuidadosamente estudiadas VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 44

45 Otras técnicas de Codificación A difererencia de las técnicas de codificación por forma de onda, las cuales han probado su utilidad, con la difusión del G.711 y demás. El mercado demandaba una compresión aun mayor, poder transmitir voz con velocidades aptas a interfaces seriales de bj baja velocidad. idd Era claro que la técnica de codificación por forma de onda no proveía la solución, dado que la calidad de voz se degrada fuertemente con la reducción de velocidad. Dicho requerimiento requirió un estudio, más profundo de las señales y capacidades de procesamiento en MIPS, cada ves más importantes. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 45

46 Análisis de la voz Según lo visto anteriormente, resulta fundamental poder comprimir la voz, para lograr bit rates menores, del análisis temporal de la voz humana, surgen algunos elementos que pueden ayudar en la compresión. La naturaleza repetitiva (periódica) de la voz. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 46

47 Análisis de la voz Las pausas realizadas en la misma conversación. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 47

48 Análisis de la voz Por lo que se comienza un estudio exhaustivo de la voz y sus propiedades, buscando factores que ayuden a la compresión de la misma. Con lo cual nos encontramos con las componentes esenciales y composición de la voz, tomando esta como una conversación normal en un dialogo telefónico. Composición de la voz 22% repeticiones 54% 24% componentes escenciales pausas VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 48

49 Codificación VOCODER El principio de codificación, es el de enviar solamente los parámetros que permitan la síntesis de la señal en el otro extremo y que esta (al oído humano) resulte similar a la señal de origen. El hecho de que resulte similar al oído se debe a que en el proceso de análisis y posterior síntesis,las formas de onda pueden ser muy distintas. Se ataca el problema mediante el estudio de la generación de la voz. Se busca un modelo matemático cuyo comportamiento se asemeje al sistema it del dlhbl habla. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 49

50 Vocoder LPC El flujo de aire enviado de los pulmones genera las modificaciones en el volumen. Las cuerdas vocales vibran, generando los sonidos, siendo responsables del tono del mismo. Variaciones en el sonido son logradas por cambios en la forma del tracto vocal Dicho análisis de los componentes humanos involucrados en el habla, se modelizan matemáticamente. Lo que se busca es poder extraer coeficientes que permitan generar los sonidos y a la vez requieran menos troughput para su envío. El modelo matemático empleado es: VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 50

51 Vocoder LPC Este sistema permite el llamado LPC (Linear Prediction Coding) Las muestras se determinan como una función lineal de una secuencia de excitación, para lo cual se emplean también muestras anteriores. Los coeficientes A, son enviados a destino A contienen información del filtro LPC (sus 10 polos), la ganancia, variación y duración. Todas las variables de estado están contenidas en A. Los valores representativos de A, se reducen a 13 y estos a su vez son enviados en tramas a razón de 50 tramas por segundo. La información brindada por A, permite al filtro LPC, generar una señal similar a la de origen. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 51

52 Vocoder LPC La técnica VOCODER, permite bajos bitrates, los cuales oscilan entre 3 a 8 Kb/s Lo que presenta una notable mejoría en comparación con las técnicas de codificación ió de forma de onda El inconveniente quizás con esta técnica es que el sonido logrado por síntesis en el extremo opuesto,,pierde el tinte de la voz, dificultando el reconocimiento de la misma. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 52

53 Codificación Híbrida A este tipo de codificadores corresponden: G.723.1, MPC-MLQ G.728, LD-CELP G.729, CS-CELP VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 53

54 Codificación Híbrida Se basa en utilizar los dos métodos anteriores, buscando la alta calidad de la codificación por forma de onda y los bajos bitrates de la codificación Vocoder. Se los subdivide en: RELP (Residual Excited Linear Prediction Coding) MPC (Multiple Pulse Coding) CELP (Code Excited Linear Prediction) VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction) RPE-LTP (Regular Pulse Excitation - Long Term Prediction) Luego tenemos a su vez leves variantes dentro de cada tipo, pero a fines de no complicar en exceso el análisis, nos centraremos en los procesos involucrados en VoIP, los cuales son: CELP y MPC VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 54

55 Híbrida CELP Al ser una técnica híbrida, se usa la predicción lineal (LPC) y además se analizan las muestras El Filtro predictivo, es como en LPC, de orden 10, y responde a la señales formadoras de la voz convirtiendolas en vectores con de bajo retardo. un peso asignado. CELP de u tratamiento t t Las componentes de alto retardo, son modeladas dld diferenciado a las componentes según su retardo, dividiendolas mediante un diccionario adaptativo. en: bajo retardo La incorporación del análisis de alto retardo busca mantener el alto retardo timbre (pitch) de la señal original, de manera de subir el índice MOS. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 55

56 Híbrida CELP De ambas señales se obtiene la señal de error de predicción. Dicha señal es codificada mediante el uso de otro diccionario, el cual contiene muestras de ruido blanco aleatorio. El hecho de trabajar con diccionarios, o sea en definitiva tablas cuyos valores están indexados, me permite reducir la información a enviar. CELP envía al otro extremo solamente los índices de las tablas, las ganancias de cada señal formadora y los coeficientes del filtro LPC. El decodificador difi d obviamente posee dichas tablas y ajusta los niveles de ganancia, permitiendo junto con el predictor lineal, sintetizar la señal original. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 56

57 Híbrida CELP El hecho que en el transmisor se compare la señal sintetizada y la señal original, obteniendo el error entre ambas y luego realimentando dicho error en el sintetizador de manera de minimizar el error, no s asegura una mejora notable en la calidad. d Pero cabe destacar que el CELP requiere gran cantidad de procesamiento, lo que exige al DSP: No menos de 15 millones de operaciones por segundo (MIPS) 6 KB de memoria RAM con retardos de unos 15 ms, en el procesamiento. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 57

58 Híbrida CELP VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 58

59 Calidad de la voz El hecho que los codificadores híbridos y Vocoder, generen señales por síntesis las cuales puede diferir en la forma de onda, pero generan un percepción similar por parte de la persona que recibe el dialogo, nos fuerza a cambiar los métodos tradicionales i de medición de calidad. Pasamos entonces a basarnos en métodos subjetivos de percepción, como ser: MOS (mean opinion score) DAM (diagnostic acceptability measure) El método de evaluación más utilizado es el MOS, el cual se basa en escuchas realizadas por expertos audiofilos, os, los cuales son sometidos a escuchas, evaluando las mismas con un puntaje entre 1 y 5 siendo malo y muy buenos respectivamente. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 59

60 Calidad de la voz Si comparamos entre sí las tres técnicas de compresión, nos encontraremos con: Luego si comparamos entre sí, los distintos métodos de compresión obtendremos: Norma Velocidad MOS G ,1 G ,85 G ,61 G ,92 G.729A 8 3,7 G (MPC-MLQ) 6,3 3,9 G7231(ACELP) G , ,65 VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 60

61 Procesamiento de la señal Como es de suponer, todo este preprocesamiento y post procesamiento de la señal, incorpora retardos a la misma. Retardo que dependen directamente t del dltamaño del dl código a implementar en el DSP, la potencia del mismo, utilización de memoria y demás parametros que son evaluados a la hora de elegir una u otra codificación. Si bien los códigos y procesadores difieren en capacidades y velocidades, los retardos típicos están ya tabulados y sobre estos trabajaremos. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 61

62 Comparativa de codificaciones A modo de ejemplo veremos como las distintas codificaciones alteran la calidad del patrón de prueba. Permitiendo realizar una comparativa similar a la realizada por MOS. Muestra Norma Tamaño Codificación Patrón 2,39 MB PCM, 48 Khz, 16 bits, mono G.711, ley A 198 KB PCM, 8 Khz, 8 bits G.711, ley mu 198 KB PCM, 8 Khz, 8 bits G KB ADPCM, 8 Khz, 4 bits G KB CS-CELP VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 62

63 Capítulo III VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 63

64 H ITU El paraguas H.323, de la ITU, agrupa una serie de normas, mediante las cuales podemos transmitir: Voz Video Datos Mediante un red LAN o llegado el caso la Internet. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 64

65 H ITU H.323 esta formados por los siguientes elementos: Terminales Gateways (GW) Gatekeepers (GK) Multipoint Control Unit (MCU) Proxy H.323 De los cuales, según la red, complejidad de la misma e interconexión, dispondremos de varios de estos elemento o solamente de los terminales. Red H.323 VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 65

66 Terminales - H.323 El terminal H.323 cumple la funciones de: Control del sistema Transmisión de la información Codificación/decodificación de audio y video Interfaz de Red Interfaz de Datos Manejo de la señalización Cabe destacar que el terminal puede ser: una PC con el software correspondiente Un dispositivo de hardware dedicado O una mezcla de ambos. En principio en el terminal se implementarán las siguientes funciones: VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 66

67 Terminales - H.323 Audio Codecs: unidad capaz de soportar la codificación / decodificación de los tipos de compresión según: ITU serie G. ISO GSM La codificación / decodificación de video dependerá de la aplicación y para nuestro caso no es objeto de estudio VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 67

68 Terminales - H.323 Unidad de control de Sistema: encargada de implementar las funciones vitales de: Control de llamada (H.225) RAS (H.225) Control y transporte t de medios H.245 Finalmente la interfaz de red, es la encargada del: armado y desarmado de paquetes adaptación a red manejo de canales lógicos tráfico UDP/TCP Multiplexación l ió de servicios i VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 68

69 Gateway - H.323 La función como indica su nombre es la de proveer interconectividad entre dos redes tan disímiles como la red IP y la red de circuitos conmutados. El Gateway entonces será necesario, en las redes que posean interconexión con la PSTN, RDSI y demás redes. En las cuales el Gateway cumplirá las siguientes funciones: VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 69

70 Gateway - H.323 VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 70

71 Gatekeeper - H.323 Sus principales funciones son las de: control de pre-llamada control de admisión conversión de direcciones administración de zonas H.323. Si bien el mismo tiene un importante papel en el H.323, el protocolo permite la conexión de dos terminales en forma extremo a extremo, prescindiendo del Gatekeeper. Por lo tanto podemos decir que su presencia o no en la red dependerá principalmente de la envergadura de la misma. Su implemetación también dependerá d áde las dimensiones i y cantidad de nodos, pudiendo ser esta: Hardware especifico Software dentro del Terminal Software dentro del Gateway. VoIP, IP Telephony - Nivel Inicial 71