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9 febrero, 2009

Voz sobre IP o Voice over Internet Protocol – Brief VoIP

Filed under: Informática y Empresa, VoIP — Etiquetas: , — Vigilancia-Online @ 9:00 am

¿Por qué debería interesarme el tema de VoIP?

Antes del arribo de la tecnología de voz sobre IP, se necesitaban redes aisladas para transportar simultáneamente tráfico de voz y datos. Ambas redes operan actualmente con el mismo tipo de cableado, pero la infraestructura física de la red de datos ha sido optimizada para hacer uso de voz sobre IP. ¿Por qué? Porque el tráfico de voz, cuya existencia se remonta a mucho más atrás en el tiempo que la del tráfico de datos, comenzo a ser tenido más en cuenta.

A lo largo de los últimos 20 años, el volumen en el tráfico de datos se ha ido incrementando exponencialmente.

Varios y recientes estudios demuestran que el tráfico de datos supera hoy día ampliamente al tráfico de voz.

Vistas las limitaciones y altos costos del ancho de banda como recurso, hay una constante presión por hacer un uso más eficiente del mismo. Y está probado que una de las mejores formas de alcanzar esta eficiencia, se logra a través de la unificación de las redes de transporte de voz y datos. Dicha convergencia también reduce costos operativos, ya que sólo se hace necesario el soporte y mantenimiento de una sola red. Y dado el mayor uso que están teniendo las redes de datos, se hizo más práctico modificar las señales de voz para que pasaran a través de estas redes que viceversa.

¿Qué inconvenientes se presentan?

En primer lugar, las señales analógicas de voz deben ser convertidas a señales digitales. Todos los sonidos (incluyendo el habla) son ondas analógicas compuestas por una o más frecuencias.

En redes VoIP, estas señales analógicas deben ser convertidas en paquetes digitales antes de ser transportadas a través de las redes de datos IP. Una vez llegados a destino, estos paquetes deben ser nuevamente vueltos a su estado original de ondas de sonido analógicas para poder ser escuchados por el receptor.

Los paquetes deben ser transportados en tiempo real. La calidad del sonido VoIP está basada en la habilidad de la red para despachar paquetes con una alta tasa de transferencia (99% o más), con un delay minimo (menos de 150 mseg end-to-end). Existen estándares ya establecidos en lo que a calidad respecta. Si bien hay usuarios de VoIP dispuestos a tolerar una baja calidad de sonido a cambio de poder comunicarse a largas distancias, en lo que hace a las apliccions comerciales, empresariales y de negocios, la calidad del servicio de VoIP debe al menos igualar a la de la telefonía tradicional.

Conversión de voz analógica a digital

Las señales analógicas están compuestas por formas de onda que varían constantemente en un infinito número de estados, y , en teoría pueden ser replicadas con exactitud. En lo que hace a la telefonía digital (incluyendo VoIP), la señal original debe ser convertida en un flujo de datos digitales (o serie de paquetes) por parte del transmisor, y devueltos a su estado original una vez llegados a destino por parte del receptor. La conversión analógico-digital es posible gracias al muestreo (sampling): la captura instantánea de medidas de una señal digital. Si se recogen suficientes muestras (samples), la señal original puede ser restaurada a partir de los puntos que corresponden a esas muestras.

Para restaurar correctamente la señal orginal, hace falta un número suficiente de muestreos. En caso de ser escasos (undersampling), puede suceder que más de una señal se ajuste a la conexión de los puntos. Si, por el contrario, el número de muestreos es demasiado alto (over-sampling), estaremos a menudo consumiendo más CPU, recursos y ancho de banda sin que esto implique una mejora sustancias en la calidad de la señal.

El grado de muestreo ideal para cualquier señal es de dos veces la frecuencia más alta que ésta pueda tener. Así, una señal cuya frecuencia es de dos ciclos por segundo, podrá ser perfectamente restaurada realizando cuantro muestreos por segundo. A esto se lo denomina Tasa de Nyquist (Nyquist Rate), en honor al Ingeniero de los Laboratorios de AT&T qui hizo el descubrimiento. El teorema de Nyquist afirma que cualquier señal analógica puede ser recreada digitalmente haciendo un sampling equivalente a dos veces la frecuencia más alta contenida en dicha señal. Usualmente, las señales son sampleadas un poco por encima de la tasa de Nyquist.

Compresión de voz

Un tema clave en lo que tiene que ver con VoIP, es el uso moderado del ancho de banda. Dada la gran cantidad de información de ruteo contenida en los paquetes de VoIP, se hace necesario comprimir los datos de voz tanto como sea posible.

Para esto, existen tres niveles de compresión. El primer nivel consiste, simplemente, en no transmitir aquello que no puede ser escuchado. Una conversación típica es, en su mayor parte, silencio puro. Esto es increíble, pero real. Así, las partes silenciosas de la conversación no son transmitidas. El segundo nivel de compresión consiste en sacar la mayor parte posible fuera de la conversión analógica-digital.  Mientras que una señal analógica tiene, como hemos dicho, un número infinito de estados, la representación digital de la misma será una serie de ceros y unos, limitados a su vez por el número de bits empleados a tal fin. Más bits significan mejores niveles de calidad, pero también implica mayor uso de ancho de banda. Por ejemplo, una señal de 8-bits representa 256 niveles. Cada muestra tomada durante el proceso A/D, estará representada por uno de estos niveles. Esto recibe el nombre de cuantización (quantization). Mediante la utilización de varios niveles a bajas amplitudes, se hace posible usar menos bits para obtener la misma calidad de audio que, de otra forma, hubiera requerido un número elevado de niveles y, por consiguiente, mayor requerimiento de ancho de banda.

El tercer nivel de compresión consiste en no transmitr los datos de voz, ya que las señales de voz también pueden ser moduladas usando el “pitch” y el “tono”. Existen muchas variantes de pitch y tono, y sus valores se pueden almacenar en una tabla. Modernas técnicas de cómputo permiten transportar estos valores para volver luego a recrear las señals originales desde las mismas tablas una vez llegados a destino.

Ruido confortable

Las señales digitales utilizadas por VoIP suelen ser mucho más “limpias” que las señales analógicas usadas en la telefonía tradicional. Porque tratándose de señales analógicas, al amplificar las mismas también se amplifica el ruido (esa estática que muchas veces escuchamos de fondo durante una conversación telefónica). Pero gracias a las señales digitales, el ruido es anulado completamente, ofreciendo un sonido mucho más puro. Y aunque esto puede parecer una ventaja a primera vista, también puede causar ciertos inconvenientes.

Y esto es porque en las comunicaciones de voz analógicas, un mínimo ruido de fondo nos garantiza una buena conexión. La mayor parte de los usuarios de telefonía tradicional están acostumbrados a dicho  ruido, y al hacer uso de la telefonía IP en medio de una conversación, se preguntan muchas veces si la conexión aún sigue viva, debido justamente a la ausencia absoluta de ruido de fondo.

Debido a ello, algunos sistemas digitales “inyectan” estática (conocido esto como “ruido confortable”), como una manera de informar, tanto al transmisor como al receptor, que la conexión es buena en todo momento.

El Equipo de MU.

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1 comentario »

  1. De acuerdo a la explicación que se brinda ahora se endiente porque las llamadas sobre IP son mucho más económicas que las tradicionales o simplemente a veces son totalmente gratuitas. Basta con entender el tema del cableado y las redes necesarias para ahorrar costos.

    Comentario por voz sobre ip — 21 octubre, 2010 @ 11:32 am


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