Seção: Tutoriais VoIP

Digitalização e Otimização dos Sinais de Voz (QoS)

Nos sistema de transmissão de Voz sobre IP, onde a demanda por banda é crítica, torna-se necessário utilizar também algoritmos de compressão do sinal de Voz. Esses algoritmos têm papel relevante pela economia de banda que proporcionam.

O seu uso tem sido possível graças ao desenvolvimento dos processadores de sinais digitais (DSP's), cuja capacidade de processamento tem crescido vertiginosamente.

Estas necessidades incentivaram o desenvolvimento de tecnologias mais complexas para a digitalização e compressão de Voz, e que foram registradas através de recomendações do ITU-T.

Para que se tenha uma boa qualidade da voz faz-se necessário mecanismos para o controle dessa qualidade. Os principais problemas são:

• Atraso fim-a-fim
• Variação do atraso
• Perdas e erros em pacotes

As redes de VoIP usam cinco pilares básicos para conservar a largura de banda e melhorar a prioridade, que são:

• Prioritization: os pacotes de dados são divididos em segmentos pequenos, permitindo que os pacotes de voz de uma prioridade mais elevada sejam emitidos primeiro. Em cada gateway , a fila da voz é verificada, e o tráfego da Internet é emitido somente quando a fila da voz está vazia. O protocolo que foi usado inicialmente para reservar recursos da rede foi RSVP (protocolo do reserva de recurso). RSVP requer uma aplicação para pedir uma reserva para recursos da rede, e pode negar a admissão se os recursos forem insuficientes.
• Jitter: são as irregularidades de intervalos de tempos entre a chegada da voz, ou seja, é a variação no intervalo entre as chegadas de pacotes introduzidos pelo comportamento aleatório na rede. Para evitar os efeitos do jitter , o equipamento deve segurar os pacotes que chegam por um tempo especificado, dando tempo subseqüente dos pacotes chegarem e caber ainda em uma compressão natural da voz. Um método para controlar esse problema é adicionar um buffer na recepção que acrescenta um atraso determinado, de tal forma que o atraso total experimentado pelo pacote, incluindo o atraso extra gerado pelo buffer seja igual ao máximo atraso possível na rede.
• Voice Compression: permite que a rede de switching de pacote seja carregada mais eficazmente em uma combinação da voz e dos dados sem qualidade, comprometendo a qualidade da voz. Entretanto, o maior sinal de voz é comprimido a menor qualidade.
• Silence Compression: em uma conversação por telefone, somente aproximadamente 50% das conexões são usadas em todo o tempo. Isto é porque, normalmente, somente uma pessoa fala quando a outra pessoa escuta. Os pacotes da voz não são emitidos durante pausas de conversação. A banda é usada para outra voz ou para transmissão de dados. Na aplicação de técnicas de detecção e supressão de silêncio nas transmissões de VoIP o objetivo não é conseguir aumentar a banda de transmissão ou romper os seus limites, mas sim, fazer com que se aproveite melhor o espaço existente na mesma.
• Echo Cancellation: melhorar a qualidade da transmissão de voz para eliminar o eco que resulta na reflexão de sinal da telefonia atrás de quem está fazendo a chamada. Um cancelador de eco é um componente de um gateway de voz que reduz o nível de eco retornado através do caminho do receptor (vindo do gateway de fora para o circuito) para o caminho do transmissor (vindo do circuito para o gateway ).

Os principais mecanismos que fazem o controle da qualidade da voz são:

• FEC (Forward Error Correction): trabalham adicionando dados extras ao fluxo original para que o receptor possa recuperar dados perdidos na transmissão.
  

Figura 2: Mecanismo de funcionamento do FEC.

• Bufferização : Procura eliminar o efeito causado pelo jitter na transmissão.
• Intercalação: Redução do efeito de perdas. Nessa técnica, as unidades de mídia são ressequencializadas antes de serem transmitidas, separando-se em unidades adjacentes para garantir que estarão distantes dentro do fluxo de pacotes, dispersando o efeito da perda. Essa técnica é utilizada quando o tamanho da unidade da mídia é menor do que o pacote de dados.
• Retransmissão de pacotes: A retransmissão dos pacotes é utilizada somente quando há uma rede com disponibilidade elevada.
• Ressequenciamento: Procura evitar que segmentos contíguos de voz sejam perdidos devido ao congestionamento da rede.
• Inserção: Preenchimento do tempo quando os pacotes são perdidos (com ruídos gaussianos ou com "silêncio").
• Interpolação: Desempenho superior aos anteriores, porém, requer mais processamento pelo fato de basear-se no uso da similaridade de padrão entre pacotes e interpolação de unidades de dados, para obter um pacote semelhante ao perdido.
• Regeneração: São técnicas dependentes de Codecs , valendo-se de conhecer o algoritmo de compressão da voz para derivar parâmetros de Codec, sintetizando o áudio de um pacote perdido.

Codificadores

A codificação da voz é feita a partir de equipamentos denominados CODEC (coder/decoder), este equipamento além de converter sons analógicos em digitais e vice-versa, também efetua compressão e descompressão do sinal digital.

Os codificadores classificam-se em:

• Codificadores de forma de onda : codifica o sinal considerando apenas a sua forma de onda, desprezando qualquer outra característica. Possuem uma qualidade muito boa, mas uma taxa de transmissão muito alta.
• Codificadores de fonte ou paramétricos : codifica o sinal considerando apenas a fonte como este foi gerado. No caso da voz, a fonte é o próprio trato vocal da pessoa que fala. Possuem uma qualidade muito ruim, mas uma taxa de transmissão muito baixa.