La señal de audio debe ser digitalizada, codecs

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La señal de audio ha de ser digitalizada, comprimida y codificada antes de ser transmitida por la red IP. Para ello se utilizan algoritmos matemáticos implementados en software llamados códecs (acrónimo de codificador-decodificador, aunque principalmente se utilizan como compresores-descompresores).

Existen diferentes códecs de audio utilizados en VoIP, y dependiendo del algoritmo escogido en la transmisión variara la calidad de la voz, el ancho de banda necesario, y la carga computacional. El objetivo principal de esta tecnología es encontrar un equilibrio entre eficiencia y calidad de voz.

Aunque el sistema auditivo humano es capaz de captar las frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 20 kHz, la gran mayoría de códecs procesan aquella información dentro de la banda de 400 Hz a los 3,5 kHz ya que con esto es suficiente para reconstruir la señal original. A continuación se enumeran algunos de los códecs más comunes:

✔ G.711: principal códec de la PSTN estandarizado por la ITU (Internacional Telecommunication Union) en 1972. Este estándar muestrea a una frecuencia de 8 kHz y utiliza PCM (Pulse Code Modulation), para comprimir, descomprimir, codificar y decodificar. Existen dos subtipos:
● μ-law: codifica cada 14 muestras en palabras de 8 bits. Usado en EE.UU y Japón.
● A-Law: codifica cada 13 muestras en palabras de 8 bits. Usado en el resto del mundo. Al entregar ambas palabras de 8 bits requiere un ancho de banda de 64 kbps. Este es el algoritmo más simple y de menos carga computacional, ya que no realiza compresión en la codificación y es la base del resto de estándares.

✔ G.726: este standard de la ITU, también conocido como ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation), sustituyo al obsoleto standard G.721 en 1990. Permite conseguir un ancho de banda de 16 kbps, 24 kbps, y 32 kbps. La ventaja de este codec es la disminución del ancho de banda sin incrementar la carga computacional.

✔ G.723.1: este algoritmo, estandarizado en 1995 por la ITU, puede operar a 6,3 kbps o 5,3 kbps. Este codec debe ser licenciado para poder ser usado.

✔ G.729A: este códec desarrollado por diferentes empresas privadas necesita un ancho de banda de 8 kbps, y su carga computacional es elevada. También es necesaria una licencia para su uso. No puede transportar tonos como DTMF, o fax, pero es el que menor tasa de bits proporciona (8 kbps).

✔ GSM (RPE-LPT): Este codec aunque conocido popularmente por GSM, por usado en este tipos de redes, su nombre original es: Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction). Este codec codifica a 13 kbps con una carga computacional media, y no requiere el pago de licencia.

✔ iLBC (Internet Low Bit-Rate Codec): Este codec muestrea cada 8 Khz, y utiliza para la codificación (LPC) y codifica a 15.2 kbps o 13.3 kbps. Este codec es libre, y no necesita ser licenciado.

A continuación se muestra una tabla resumen con los códecs más utilizados actualmente:
-El Bit Rate indica la cantidad de información que se manda por segundo.
-El Sampling Rate indica la frecuencia de muestreo de la señal vocal. Cada cuanto se toma una muestra de la señal analógica.
– El Frame size indica cada cuantos milisegundos se envía un paquete con la información sonora.
– El MOS indica la calidad general del códec (valor de 1 a 5), refiriéndose principalmente a la calidad de la voz transmitida.

Codecs de audio para VoIP

Codecs de audio para VoIP

Tomado de:
Sierra, A. (2008). Instalación de un sistema VoIP corporativo basado en Asterisk (Proyecto fin de Master). Universidad Politécnica de Cartajena, Murcia, España.
Fuente:
http://repositorio.upct.es/bitstream/handle/10317/737/pfm35.pdf;jsessionid=951D111758801A0375EA20D3195A6313?sequence=1

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Codecs de audio para telefonía VoIP

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(Un códec se define como un conjunto de algoritmos encargados de la compresión y descompresión de un sonido analógico a bits digitales, con la finalidad de comprimir las señales para ocupar menor espacio dentro de una trasmisión y así ser usados en una computadora, dispositivos electrónicos y redes IP consiguiendo una buena calidad de sonido

Existen códigos abiertos o libres, mientras que otros de propiedad o patentados por lo que se requiere un pago por su licencia. Durante muchos años se han creado un sin número de codecs los mismos que se han perfeccionado de acuerdo a las necesidades y entornos de trabajo; la mayoría de los codecs actuales son creados por la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones).

ESPECIFICACIONES Las características de los principales códec usados para VoIP se las describe a continuación de la misma manera que los hacen en el foro de (Asterisk México, 2007) y la página de (iNPHONEX, 2012):

G711 modulación por pulsos codificados (PCM) de datos de voz.

• Puesto en marcha en el año 1972 por la UIT-T.
• Usa Modulación de Pulsos Codificados (PCM14).
• Adecuado para la trasmisión de voz en entornos LAN.
• Muestreo de 8000 veces por segundo y la asignación de 8 bits por muestra.
• Dos versiones μ-Law16 para América del norte y Japón, y A-Law17 que trabaja en Europa y otros lugares.
• Alto rendimiento incluso en presencia de latencia y pérdida de paquetes.
• Utiliza mayor ancho de banda pues usa 64kbps de bit rate que equivale a un canal de voz completo.
• No requiere licencia y es usado por la mayoría de dispositivos comerciales que trabajan con VoIP
• Es el más económico en el aspecto de recursos, no utiliza técnicas de compresión de la voz y así proporciona máxima calidad.

G.722 Codificador de audio de 7kHz y 64 Kbps.

• Creado por la UIT –T en 1988.
• Usa la técnica Subband Adaptive Differential PCM (SB-ADPCM).
• Tiene tres rangos de operación con tasas de trasmisión de 48, 56 y 64 Kbps y tazas de muestreo de 16kHz y 14bits por muestra.
• Puede inter operar con G.721 (32Kbps) y G.725 para control y establecimiento de la conexión.
• Tiene la capacidad de realizar el ocultamiento de pérdida de paquetes PLC.
• Se usa principalmente para compresión de voz en tecnología móvil de tercera generación.

G.723 Codificador de velocidad dual para comunicaciones multimedia.

• Puesto en marcha en el año 2006 por la UIT-T.
• Utilizado para voz y audio con técnicas de compresión a velocidades muy bajas, es parte del estándar H.324.
• Maneja dos tipos de velocidades: 5.3Kbps y 6.3Kbps con la técnica ACELP y ML-MLQ21 respectivamente.
• Tiempo estimado para retardo de compresión de la trama es de 30ms.
• Muy baja velocidad de bits, necesita un buen ancho de banda para trabajar correctamente.
• No recomendado para VoIP.

G.726 adaptador diferencial PCM con codificación a 16, 24, 32 y 40Kbps

• Aprobado por la UIT –T en el año de 1990.
• Convierte el canal de 64Kbps estándar a las velocidades de 16, 24, 32 y 40Kbps.
• El rendimiento es muy bueno aunque el retardo de procesamiento es mayor que G.711.
• Se basa en la tecnología ADPCM

G.729 Codificador de voz a 8Kbps usando estructura conjugada ACELP.
• Desarrollado por la UIT –T en el año de 1990.
• Proporcionan una calidad similar de ADPCM a 32Kbps.
• Los dispositivos Cisco utilizan por defecto este códec, usando tramas de voz de 10ms.
• Buen funcionamiento en entornos LAN. Utiliza una técnica conocida como CS-ACELP, la misma que reduce el tamaño de la señal de entrada en una razón de 8:1.
• Utiliza un mínimo ancho de banda, tiene soporte pero debe ser adquirir una licencia para trabajar.

iLBC Internet Low Bit Rate Codec
• Diseñado principalmente para aplicaciones de VoIP.
• Es un códec de voz Open Source libre y gratis de banda corta, desarrollado por Global IP Sound (GIPS).
• Trabaja con anchos de banda reducidos, para bloques de 20ms apenas el ancho de banda es 15.20Kbps, mientras que con 30ms se reduce más aun a 13.33Kbps.
• En cuanto a calidad se refiere presenta una leve degradación de la voz provocado por pérdida o retraso de paquetes.
• Es un códec reciente por lo cual no existe soporte y al proporcionar mejor calidad necesita de mayor procesamiento.
• No soporta un número alto de llamadas simultáneas.

GSM Sistema Global para comunicación móvil
• Propio códec para telefonía celular.
• El tipo de compresión que usa es RPE-LTP.
• Divide a la voz en bloques de 20ms los mismos que son trasportados al códec para la compresión.
• Ancho de banda de consumos es de 13.3Kbps.

Tomado de:
Martínez, M. (2015). Diseño del sistema de telefonía IP bajo una plataforma de software libre para la industria FLORALP S.A. de la ciudad de Ibarra (tesis de pregrado). Universidad Técnica del Norte, Ibarra, Ecuador.
Fuente:
http://repositorio.utn.edu.ec/bitstream/123456789/4511/1/04%20RED%20059%20Tesis.pdf

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Codificación de la voz a través de codecs

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Codificación de la voz : Ya tenemos claro que para transportar la voz se utilizan algunos protocolos como SIP, IAX y otros como RTP o RTCP. Pero la voz es una onda analógica que necesita transformarse a digital en algún formato antes de ser transmitida. Lógicamente podríamos tratar de transmitirla tal cual resulta de la conversión analógica digital (ADC) pero resulta que nos encontramos en una red de paquetes así que debemos paquetizar esta información. Además si la transmitimos tal cual resulta de la conversión ADC desperdiciaríamos recursos de la red por lo que hace falta encontrar un formato óptimo. Esa búsqueda de un formato óptimo generó algunas alternativas de formatos de transmisión llamadas codecs.

Códecs
La palabra códec proviene de abreviar las palabras COdificación y DECodficación. Su función principal es la de adaptar la información digital de la voz para obtener algún beneficio. Este beneficio en muchos casos es la compresión de la voz de tal manera que podamos utilizar menos ancho de banda del necesario. Algunos códecs, soportados por Asterisk y comúnmente usados en comunicaciones de VoIP, son G.711, G.729, GSM, iLBC, entre otros.

G.711
Es uno de los codecs más usados de todos los tiempos y proviene de un estándar ITU-T que fue liberado en 1972. Viene en dos tipos llamados u-law y a-law. La primera versión se utiliza en los Estados Unidos y la segunda se utiliza en Europa. Una de sus características es la calidad de voz debido a que casi no la comprime. Utiliza 64kbit/s, es decir un muestreo de 8 bits a 8kHz. Es el codec recomendado para redes LAN pero hay que pensarlo dos veces antes de utilizarlo en enlaces remotos debido al alto consumo de ancho de banda. El soporte para este codec ya viene habilitado en Elastix.

G.729
También se trata de una recomendación ITU cuyas implementaciones han sido históricamente licenciadas, o sea que hay que pagar por ellas. La ventaja en la utilización de G.729 radica principalmente en su alta compresión y por ende bajo consumo de ancho de banda lo que lo hace atractivo para comunicaciones por Internet. Pese a su alta compresión no deteriora la calidad de voz significativamente y por esta razón ha sido ampliamente usado a través de los años por fabricantes de productos de VoIP.
G.729 utiliza 8kbit/s por cada canal. Si comparamos este valor con el de G.711 notaremos que consume 8 veces menos ancho de banda, lo cual a simple vista es un ahorro de recursos significativo.
Existen variaciones de G.729 que utilizan 6.4kbit/s y 11.8kbit/s. Para habilitar canales G.729 en Elastix hay que comprar una licencia por cada canal. Esto se puede adquirir en el sitio Web de Digium.

GSM
Este códec utiliza el estándar GSM (Global System for Mobile communications) empleado en comunicaciones celulares. La ventaja de este códec además de su calidad de voz es la compresión aproximadamente a 13kbit/s y ya viene habilitado en Elastix.

Tomado de:
Barba, R. (2012). Propuesta de integración de soluciones empresariales VoIP con software libre(tesis de pregrado). Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
Fuente:
http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/4055/1/20T00457.pdf

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Códecs voip, digitalizando la voz

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CÓDECS: Como ya se mencionó, VoIP funciona digitalizando la voz en paquetes de datos, este proceso de convertir ondas analógicas en información digital se hace por medio de un codificador-decodificador (CÓDEC) donde la señal análoga del teléfono es digitalizada en señales PCM.25 Las muestras PCM pasan por el algoritmo de compresión, el cuál comprime la voz y la fracciona en paquetes que pueden ser transmitidos en la red WAN26. Al otro extremo del canal de comunicación se realiza el proceso inverso.

Existen diferentes tipos de niveles de muestreo en VoIP dependiendo del códec que se utilice:

● 64.000 veces por segundo.
● 32.000 veces por segundo.
● 8.000 veces por segundo.

El uso de los códecs nos puede ayudar a reducir el número de bits por conversación de voz, traduciéndose en un mayor número de llamadas simultáneamente con un ancho de banda finito. La compresión tiene como objetivo eliminar la redundancia de los datos que son enviados. Usualmente entre más comprimida sea la señal de voz más recursos usará el DSP27, por lo que estos códecs se clasifican por su complejidad, a continuación mencionaremos algunos:

ITU G711
Este códec se encuentra en todas las aplicaciones, equipos y protocolos VoIP, también conocido como PCM, éste códec muestrea la señal de voz a una frecuencia de 8 000 muestras por segundo.
Una llamada telefónica requiere 64 Kbps en el cable. De acuerdo al teorema de muestreo de Nyquist tendremos 8 000 muestras de voz cada segundo. Cada muestra es de 8 bits; por lo que al multiplicar 8 000 x 8, obtendremos 64 Kbps, lo que significa que G.711 no usa compresión y es la alternativa cuando existe suficiente ancho de banda.

ITU G729
Éste permite la colocación de más llamadas en un limitado ancho de banda para utilizar voz dentro de IP en una manera más rentable, el códec permite una compresión de voz que sólo requiere de 8 Kbps por llamada en vez de los 64 Kbps requeridos por el G.711, lo cual significa que se podrían hacer ocho llamadas en el espacio de una que estuviera usando G.711, lo que sería bueno para compensar el despliegue de VoIP en un enlace WAN de poca rapidez.

Tomado de:
Pérez, E. (2014). Utilización de la tecnología voz sobre IP dentro de una red (tesis de pregrado). Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F.
Fuente:
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/5779/tesis.pdf?sequence=1

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Telefonía VoIP con SoftSwitch

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¿Qué codecs usa tu equipo?

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Que Codecs usa tu equipo? Ayer hablando con Sergio en Pergamino, nos dimos cuenta que nuestra comunicación funcionaba en un sólo sentido. El estaba usando un teléfono IP Grandstream BT101, y yo usaba el softphone Xlite.

Cuando yo lo llamaba, la comunicación se establecía con Codec G711u (tambien llamado «alau» o PCMU – es el mas usual) y escuchábamos perfecto. Cuando me llamaba él, la comunicación se establecia con ILBC y el sonido salía entrecortado.

Me puse a investigar las posibles causas. Primero hice una lista de los Codecs que tenía el Grandstream de Sergio y luego los míos. Allí me dí cuenta que sólo teniamos el G711u y el ILBC en común.

Los equipos «hablan» entre sí al inicio de la conversación y establecen la mejor calidad de comunicación posible para el ancho de banda disponible. Si el ancho de banda es reducido, van cambiando los Codecs en un orden que el usuario puede preestablecer en la configuración.

Buscando encontré esta práctica tabla que indica cuáles son los Codecs soportados por cada uno .

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codecs para voip 1

codecs para voip 1

Codecs para voip 2

Codecs para voip 2

Codecs para voip 3

Codecs para voip 3

Tomado de: http://voipex.blogspot.com/2006/04/que-codecs-usa-tu-equipo.html

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Qué diferentes tipos de CODECS hay?

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Un Codec convierte una señal analógica a una digital para transmitirla sobre una red de datos. Los siguientes Codecs están en uso hoy en día:

GSM – 13 Kbps (full rate), tamaño de marco de 20ms
iLBC – 15Kbps, tamaño de marco 20ms: 13.3 Kbps, tamaño de marco 30ms
ITU G.711 – 64 Kbps, basado en muestras. También conocido como alaw/ulaw
ITU G.722 – 48/56/64 Kbps
ITU G.723.1 – 5.3/6.3 Kbps, tamaño de marco 30ms
ITU G.726 – 16/24/32/40 Kbps
ITU G.728 – 16 Kbps
ITU G.729 – 8 Kbps, tamaño de marco 10ms
Speex – 2.15 to 44.2 Kbps
LPC10 – 2.5 Kbps
DoD CELP – 4.8 Kbps

Tomado de: http://www.3cx.es/voip-sip/codecs/

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Tipos de codecs

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Códecs (Codificador/decodificador).

La comunicación a través de la voz es analógica como ya se indicó , en cambio la red de datos es digital. Ya se describió el proceso muestreo – cuantificación – codificación para transformar señale s analógicas a digital es , el cual se ejecuta e n un dispositivo denominado codificador/decodificador o códec, el cual comprime la se rie de da tos y permite la cancelación del eco. Los códecs brindan una salida consistente en una se rie de datos que se acomodan en paquetes IP y se envían por la red a su destino, donde es necesario aplicar los mismos protocolos e indicadores comunes para ejecutar el proceso inverso para evitar que se reciba una comunicación incoherente . Algunos códecs utilizan la compresión y/o la supresión del silencio para poder así economizar ancho de banda en la transmisión. Este proceso consiste en no enviar los paquetes de la voz entre silencios en conversaciones humana (Huidobro & Roldán, 2006) (Pérez, 2013) .

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Tipos de códecs.

1. Codificadores de Forma de Onda:

Reproducen la forma de onda de la voz lo más e xactamente posible, incluyendo el ruido de fondo y todo tipo de señal que llegue a la entrada. Es un procedimiento de alta calidad en el muestreo, sin embargo este tipo de codificador opera con una razón de muestreo muy alta por lo que consumen demasiado a ncho de banda.

2. Vocoders:

Éstos no reproducen la forma de onda original. El codificador construye un juego de parámetros que son enviados al receptor para manejar un modelo de producción de voz. Los códigos de predicción lineal (LPC) se utilizan para der ivar parámetros de un filtro digital de tiempo variable. Este filtro modela la salida de la voz. La calidad de los vocoders aún no es lo suficientemente buena para ser usados en los sistemas telefónicos.

3. Híbridos:

Los códecs híbridos son los que prevalecen en la telefonía IP, ya que combinan las características atractivas de los codificadores de forma de onda con las de los vocoders. Tienen un ancho de banda pequeño (de 4 – 16 Kbit/s). Estos códecs utilizan técnicas de predicción lineal y análisis por síntesis, LPAS ( Linear Prediction Analysis by Syntesis ). Los cuales se relacionan a continuación (Huidobro & Roldán, 2006) .
En la siguiente tabla se presenta varios protocolos de codificación difundidos por la ITU ( International Telecommunication Union ) y puede verse que la calidad es menor a mayor compresión y además se necesita mayor capacidad en el CPU ( Central Processing Unit ) (Pérez, 2013) .

Tipos de codecs

Tipos de codecs

Tomado de:
[1] V. Castillo, “Diseño de un laboratorio virtual de telefonía IP utilizando Elastix,” M.S. Tésis, Sistema de Postgrado., Universidad Católica de Santiago de Guayaquil., Guayaquil, Ecuador, 2015

Fuente:
http://repositorio.ucsg.edu.ec/bitstream/3317/3164/1/T-UCSG-POS-MTEL-34.pdf

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