Tanto en redes de telefonía fija como en redes IP, una de las consideraciones más importantes que deben ser analizadas es la calidad de la voz percibida por el usuario final. Para el estándar de telefonía 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 permitirán una comunicación aceptable.

La calidad perceptiva de una señal de voz codificada depende de numerosos factores de diversa naturaleza, por lo que ha sido necesario realizar numerosos estudios para identificar aquellos parámetros más 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:

Parámetros de codificación

Corresponden a aquellas distorsiones de la calidad de la voz producidas por el proceso de codificación, el cual incorpora error en la señal decodificada. El más importante de ellos es sin lugar a duda el tipo de codificador que se utilice. Asociado a esta elección, se establecen parámetros como el número de bits que se utilizarán por muestra, la tasa con que será muestreada la señal, los intervalos de tiempo entre paquetes ( packetization interval ), etc.

Además, algunos codificadores están implementados con técnicas de ocultamiento de error, por lo que en caso de falla en la transmisión de los datos los frames extraviados pueden ser recuperados. Estas técnicas pueden afectar negativamente la calidad de la voz al incorporar ruido, silencios, repeticiones y sustitución de forma de onda en la señal decodificada.

* Parámetros de red

Corresponden a aquellos factores propios de la red que introducen distorsión en la calidad de la señal de voz transmitida. En particular, la utilización de un medio de difusión como la Internet, puede fuertemente distorsionar la inteligibilidad de una transmisión de voz. Los parámetros más importantes son las pérdidas de paquete, la distribución de las pérdidas, el tamaño de paquetes, el retardo en la transmisión y el jitter.

* Parámetros del locutor

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 género masculino debido a que el pitch no es tan agudo como el producido por un locutor del género 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. Más aun, la variación en el acento de los locutores es también un factor que afecta la calidad.

* Parámetros estructurales

En esta categoría se incluyen todos aquellos factores que dependen de la infraestructura con que se realicen las pruebas. El diseño y el funcionamiento de los equipos terminales, los softwares utilizados y las condiciones ambientales son factores importantes. Otro foco de pérdida de calidad es el fenómeno denominado eco que corresponde al ruido introducido cuando en uno de los terminales no están aislados el micrófono y el audífono por lo que la parte de la señal recibida es retransmitida.

Esto debe ser evitado mediante técnicas de cancelación de eco. La calidad perceptiva de la voz depende de cada uno de estos parámetros en forma altamente no lineal. Más aun, la variación de estos parámetros no es predecible, por lo que anticipar un valor para la calidad basado en estos índices es un proceso complejo el cual no puede ser resuelto usando métodos matemáticos que consideren cada una de estas variables. De todos los posibles parámetros que pueden influenciar la calidad de la voz mencionados anteriormente, sólo un pequeño conjunto de ellos tiene una directa relación con los parámetros de red. A continuación se explican las distorsiones que introducen el retardo, el jitter , las pérdidas de paquete y el tamaño de paquete.

Influencia del Retardo

El retardo total en la transmisión 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 codificación y decodificación, 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 él. El tiempo que demora este proceso dependerá de la capacidad del enlace y del enrutador.

Por otro lado, la propagación física de los datos en la red depende del medio de transmisión 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 será pequeño. Además cada uno de los buffers que se implementan aumentará el retardo total.

El retardo tiene un impacto en la calidad de la transmisión, pues a medida que aumenta el tiempo de envío disminuye el nivel de interacción en la conversación. Si la conexión es unidireccional un retardo en torno a 150 ms no produce mayor distorsión, pero si éste 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 cancelación de eco .

Influencia del Jitter

Se puede describir el Jitter ó también conocido como la fluctuación de fase a la variación del retardo de transmisión. El protocolo utilizado para transportar paquetes vocales por Internet (en una red IP) es el protocolo de datagrama de usuario (UDP). El lado de señalización utiliza la capa de protocolo de control de transmisión (TCP). El UDP funciona en un modo sin conexión, en el que los paquetes no siguen necesariamente la misma ruta y, por tanto, hay variaciones en el tiempo de tránsito.

Otra posible causa de variación del tiempo de tránsito puede ser el número de encaminadores que se encuentran y la carga de cada uno de ellos. Para reconstituir un flujo síncrono en el extremo receptor, se instalan buffers de compensación de fluctuación de fase. No obstante, este procedimiento incrementa aún más el retardo de transmisión. Para mantener un nivel de calidad aceptable, la fluctuación de fase debe ser menor que 100 ms.

Buffer de fluctuación de fase: esta memoria permite la resincronización de los paquetes que llegan con retardos variables, compensando así los desfases temporales y restableciendo el orden correcto de los paquetes.

• Empaquetado.
• Descompresión
• Decodificación y conversión digital-analógica.

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Influencia de las Pérdidas de Paquetes

La pérdida de un paquete hace que falte información cuando se recibe la señal de audio. Dependiendo del número de paquetes perdidos, la calidad sonora en el extremo receptor puede ser deficiente. En el IP la pérdida de paquetes es parte integrante del sistema y los encaminadores tienen que (utilizando el algoritmo de detección prematura aleatoria) destruir paquetes para evitar una posible congestión.

Existen cuatro causas posibles para la pérdida de paquetes:
• Duración de vida expirada (TTL = 0).
• Retardo en el extremo receptor superior a la fluctuación de fase de la memoria tampón.
• Destrucción por un módulo congestionado.
• Paquete no válido debido a fallos de transmisión.

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 transmisión, tal como la utiliza el protocolo TCP, sea inadecuada.

La tasa de pérdida de paquetes dependerá de la calidad de las líneas utilizadas y del dimensionamiento de la red. Para que la calidad vocal sea aceptable, dicha tasa de pérdida de paquetes ha de ser menor que el 20%.

Una solución posible para reducir la pérdida de paquetes consiste en utilizar sistemas de corrección de errores que tengan codificación redundante y adaptable, es decir, variable de acuerdo con las pérdidas de paquete estadísticamente observadas en la red en determinado momento.

Es posible obtener, cuando se utilizan dichos sistemas, unos niveles muy altos de calidad sonora, incluso por Internet. No obstante, esta solución genera otras dificultades relacionadas con el retardo total de transmisión, que, como ya se ha indicado, ha de controlarse si se ha de usar la red para telefonía.

Influencia del Eco

El eco es el tiempo que transcurre entre la transmisión de una señal y su regreso al transmisor. Por lo general, este problema aparece en el contexto de las comunicaciones de PC a teléfono, de teléfono a PC o de teléfono a teléfono, y es causado por los componentes electrónicos de las partes analógicas del sistema que reflejan una parte de la señal procesada.

Un eco menor que 50 ms es imperceptible. Por encima de este valor, el hablante oirá su propia voz después de haber hablado. Si se desea ofrecer un servicio de telefonía IP, las pasarelas (gateway) tendrán que procesar el eco generado por la transferencia de dos a cuatro hilos, de lo contrario, no será posible utilizar el servicio con equipos analógicos clásicos. Como solución, se están instalando compensadores de eco de alta calidad en la pasarela de la red.

Tomado de:
Hunter, A. (2007). Diseño e implementación de experiencias docentes para el servicio de voz sobre IP, mediante la utilización de la plataforma asterisk IPBX (tesis de pregrado). Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile.

Fuente:
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2007/bmfcih939d/doc/bmfcih939d.pdf

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