Was sind VoIP-Codecs und wie wirken sie sich auf die Tonqualität von Anrufen aus?

Dank Voice over Internet Protocol (VoIP) sind heutige Telefongespräche kristallklar und erfordern lediglich eine Internetverbindung. Dank VoIP-Codecs ist alles möglich.

Lesen Sie weiter, während wir besprechen, was ein Codec bedeutet und wie Sie den richtigen Codec für Ihr VoIP-Telefonsystem auswählen können.

Was sind VoIP-Codecs?

Ein VoIP-Codec ist eine Technologie, die die Audioqualität, Bandbreite und Komprimierung von Voice over Internet Protocol (VoIP)-Telefonanrufen bestimmt. VoIP-Codecs verwenden entweder proprietäre oder Open-Source-Algorithmen. Das Wort Codec setzt sich aus zwei Begriffen zusammen: Komprimierung und Dekomprimierung.

Codecs sind der Grund, warum Sie einen Film in Minuten und nicht in Stunden herunterladen können. Praktische Beispiele für Codecs sind Bilderfassung (JPEG), Verschlüsselungssoftware (AES), Streaming-Medien (H.264) sowie Musik- und Audioaufzeichnungssoftware (MP3).

Codecs bestimmen beispielsweise die Qualität und Bandbreite, die Sie zum Ansehen von Videos auf YouTube oder Netflix benötigen. Im Falle eines VoIP-Codecs wandelt er analoge Sprachsignale zur Übertragung in digitale Pakete oder eine komprimierte digitale Form und dann wieder in ein unkomprimiertes Audiosignal um.

VoIP-Codecs bestimmen die Anrufqualität und Latenz in einem Gespräch, da der Anruf über das Internet erfolgt. Möglicherweise treten VoIP-Probleme auf, da Anrufe über das Internet erfolgen.

Wenn Ihr VoIP-Anbieter über mehrere Rechenzentren verfügt, ist die Zuverlässigkeit bei den meisten Telefongesprächen kein Problem.

Schlüsselkomponenten von VoIP-Codecs

Während der Gesamtprozess der Erfassung, Konvertierung, Übertragung und Wiedergabe von Sprache mehrere Komponenten in einem VoIP-System umfasst, sind beim Codec selbst mehrere wichtige Aspekte zu berücksichtigen:

1. Abtastrate

Dabei handelt es sich um die Frequenz, mit der das analoge Sprachsignal abgetastet und in digitale Daten umgewandelt wird. Höhere Abtastraten erfassen mehr Details und führen zu einer besseren Audioqualität, erfordern aber auch mehr Bandbreite. Übliche Abtastraten in VoIP-Codecs sind 8 kHz, 16 kHz und 48 kHz.

2. Bittiefe

Dies bestimmt die Präzision jeder Probe, ähnlich der Auflösung eines Bildes. Eine höhere Bittiefe sorgt für eine differenziertere Darstellung der Schallwelle, erhöht aber auch die Datengröße. Typische Bittiefen sind 8-Bit und 16-Bit.

Audio-Bitraten (die in Audio übertragene Datenmenge) erfassen mehr Toninformationen pro Sekunde. Im Allgemeinen weist eine höhere Bitrate auf eine bessere Klangqualität hin.

3. Komprimierungsalgorithmus

Dies ist das Herzstück des Codecs, der die Datengröße für eine effiziente Übertragung reduziert. Verschiedene Algorithmen erreichen unterschiedliche Komprimierungsgrade mit Kompromissen bei der Audioqualität und der Verarbeitungskomplexität.

Zu den gängigen Komprimierungsmethoden gehören:

• Subband-Codierung: Zerlegt das Signal in verschiedene Frequenzbänder und codiert diese selektiv nach Wichtigkeit.
• Lineare prädiktive Codierung (LPC): Prognostiziert kommende Proben basierend auf früheren und reduziert so die Redundanz.
• Vektorquantisierung (VQ): Gruppiert ähnlich klingende Samples zur effizienten Darstellung in „Codevektoren“.

4. Paketgröße

Die komprimierten Daten werden zur Übertragung über das Netzwerk in Pakete aufgeteilt. Dieser Vorgang wird als Paketierung bezeichnet.

Die Paketgröße wirkt sich auf Verzögerung und Jitter aus und beeinflusst so die Qualität der Echtzeitkommunikation. Jitter-Puffer glätten die Schwankungen der Paketankunftszeiten, indem sie eine bestimmte Menge an Sprachpaketen vor der Wiedergabe puffern. Dadurch wird Netzwerk-Jitter kompensiert.

Die Wahl einer optimalen Größe sorgt für eine effiziente Übertragung bei gleichzeitiger Minimierung von Verzögerungen.

5. Fehlerkorrektur und -verheimlichung

Netzwerke sind nicht perfekt und Pakete können verloren gehen oder beschädigt werden. Der Codec kann Fehlerkorrektur- oder Verschleierungsmechanismen integrieren, um diese Probleme zu entschärfen.

Bei der Fehlerkorrektur wird versucht, verlorene Daten wiederherzustellen, während bei der Verschleierung versucht wird, fehlende Informationen durch die Verwendung umgebender Proben zu verschleiern.

Wie funktionieren VoIP-Codes?

VoIP-Codecs kodieren und dekodieren Sprachsignale, um Sprache über IP-Netzwerke zu übertragen. Hier ist ein kurzer Überblick über ihre Funktionsweise:

Analog-Digital-Umwandlung

Ein Codec digitalisiert zunächst ein analoges Sprachsignal von einem Mikrofon in ein digitales Signal. Dieser Prozess tastet das Sprachsignal in regelmäßigen Abständen ab und speichert die Amplituden der Sprachwellenform bei jedem Abtastwert in einem digitalen Format.

Übliche Abtastraten liegen bei 8.000 Abtastungen oder 16.000 pro Sekunde.

Codierung

Anschließend komprimiert oder kodiert der Codec die rohen digitalen Sprachdaten, um sie für die Übertragung über Paketnetzwerke zu optimieren.

Viele Sprachcodierungs-/Decodierungsalgorithmen (Codecs) verwenden Komprimierungstechniken wie Audiospektralanalyse, Vorhersage und Differenzcodierung. Einige beliebte Codecs sind G.711, G.729, Speex und OPUS.

Paketieren

Die kodierten Sprachdaten werden dann zerhackt und in kleine Pakete verpackt, an die Adress- und Steuerdaten angehängt sind. Diese Sprachpakete können dann über das IP-Netzwerk übertragen werden.

Dekodierung

Wenn die Pakete das Empfängergerät erreichen, entpackt der Codec sie, fügt die digitalen Sprachinformationen wieder in der richtigen Reihenfolge zusammen und dekodiert die komprimierten Sprachdaten, um das ursprüngliche digitale Audiosignal wiederherzustellen.

Digital-Analog-Umwandlung

Abschließend wird das digitale Signal wieder in eine analoge Wellenform umgewandelt, sodass es über einen Lautsprecher wiedergegeben werden kann. Dies geschieht durch einen DAC (Digital-Analog-Wandler).

Arten von VoIP-Codecs

Da es zahlreiche Codec-Optionen gibt, kann die Auswahl eines bestimmten Codecs schwierig sein. Nachfolgend haben wir einige einzelne Codecs aufgelistet, die Sie berücksichtigen sollten.

1. Schmalband-Codecs

Schmalband-Codecs sind Audio-Codecs, die für den Betrieb mit niedrigen Bitraten, typischerweise unter 16 kbps, ausgelegt sind. Sie sind für die Kodierung von Sprachaudio auf Kosten der Musik-/Breitband-Audioqualität optimiert und nutzen den relativ schmalen Frequenzbereich menschlicher Sprache (ca. 300–3400 Hz).

Schmalband-Codecs konzentrieren sich speziell auf die Komprimierung menschlicher Stimmen auf Kosten der Bandbreite und der allgemeinen Audioqualität. Ihre Einschränkungen wirken sich auf Anwendungen wie Telefonanrufe, Besprechungssoftware und Callcenter aus, bei denen die Bandbreite begrenzt ist, aber eine klare Sprachkommunikation von größter Bedeutung ist.

Hier sind einige häufige Beispiele.

• G.711 – Der gebräuchlichste Schmalband-Codec. Es verfügt über eine Bandbreite von 300 Hz bis 3,4 kHz, die für die Sprachqualität herkömmlicher Telefonie optimiert ist.
• G.729 – Ein weiterer beliebter Schmalband-Codec. Arbeitet mit 8 kbps und einer Bandbreite von bis zu 3,4 kHz. Bietet gute Sprachqualität bei niedrigen Bitraten.
• G.726 – Ein Schmalband-Codec mit variabler Bitrate und einer Bandbreite von bis zu 3,4 kHz. Kann zwischen 16 und 40 Kbit/s betrieben werden.
• G.723 – Ein älterer Schmalband-Codec, der mit sehr niedrigen Bitraten von 5,3 oder 6,3 Kbit/s arbeitet. Die Sprachqualität ist geringer, aber brauchbar.

2. Breitband-Codecs

Breitband-Codecs beziehen sich auf Audio-Codecs, die Audiosignale mit höherer Wiedergabetreue kodieren können, die über die Einschränkungen herkömmlicher Schmalband-Telefonie-Codecs hinausgehen. Sie können Frequenzen bis zu etwa 7–8 kHz kodieren und dekodieren, was mehr als dem Doppelten des maximalen Frequenzbereichs von Schmalband-Codecs wie G.711 (~3,4 kHz) entspricht.

Was sind einige häufige?

• G.722 – Ein HD-Sprachcodec mit verbesserter Audioqualität aufgrund einer größeren Bandbreite von 50 Hz bis 7 kHz im Vergleich zu Schmalband-Codecs.
• AMR-WB – steht für Adaptive Multi-Rate Wideband. Es wurde für Mobilfunknetze entwickelt und kodiert HD-Sprache von 50 Hz bis 7 kHz.
• Opus – Einer der neuesten und fortschrittlichsten Breitband-Codecs. Unterstützt eine Reihe von Bitraten von 6 kbps bis 510 kbps und Bandbreiten von Schmalband bis 20 kHz. Bietet große Flexibilität.

Breitband-Codecs bauen auf Schmalband-Codecs auf und unterstützen eine nahezu High-Fidelity-Sprach- und Audioqualität. Dies geht zu Lasten höherer Bitraten. In modernen Netzwerken werden jedoch häufig Breitband-Codecs eingesetzt, um eine umfassendere Sprachkommunikation und Medienerlebnisse zu ermöglichen.

Wie Codecs die Anrufqualität verbessern

VoIP basiert auf Audio-Codecs, um Sprachsignale für die Übertragung über das Internet zu kodieren und zu dekodieren. Diese Codecs komprimieren das Audio, um den Bandbreitenbedarf zu reduzieren, können jedoch die Anrufqualität beeinträchtigen, wenn sie nicht richtig optimiert werden.

VoIP-Telefondienste nutzen Breitband-Codecs wie G.722, um höhere Audiofrequenzen bis zu 7 kHz zu unterstützen, im Vergleich zu Schmalband-Codecs wie G.711, die nur bis zu 3,4 kHz unterstützen. Dadurch können Breitband-Codecs die menschliche Stimme, die zwischen 80 Hz und 14 kHz liegt, genauer wiedergeben. Die zusätzlichen Hochfrequenzinformationen vermitteln Nuancen wie Emotionen und Artikulation besser.

Breitband-Codecs tasten das Audiosignal mindestens 16.000 Mal pro Sekunde ab, um diesen größeren Frequenzbereich ausreichend zu erfassen. Fortschrittliche Codecs wie Opus sind sogar in der Lage, die Bitrate dynamisch anzupassen, um Bandbreiteneffizienz und Audioqualität in Einklang zu bringen.

Darüber hinaus nutzen VoIP-Plattformen Mechanismen wie die Verschleierung von Paketverlusten und die akustische Echounterdrückung, um Hintergrundgeräusche und Interferenzen zu minimieren, die die Anrufqualität weiter beeinträchtigen können.

Durch die Unterstützung breiterer Frequenzbereiche und die Optimierung der Echtzeitleistung können moderne VoIP-Codecs klarere und reichhaltigere Sprachsignale übertragen, was zu einem natürlicheren Gesprächserlebnis führt, das mit einem Gespräch von Angesicht zu Angesicht vergleichbar ist.

Verwandter Artikel

Wie funktioniert VoIP? Der Einsteigerleitfaden für VoIP-Telefonsysteme

Auswahl des richtigen Codecs

Cloud-VoIP-Telefonsysteme ermitteln, welche Codecs für Ihre Hardware verfügbar sind. Codecs komprimieren und dekomprimieren Audiosignale, um Sprachdaten effizient über IP-Netzwerke zu übertragen.

VoIP-Anbieter übertragen die Datenpakete über das Internet, während IP-Telefone den Ton an den Endpunkten mithilfe von Codecs effektiv komprimieren und dekomprimieren müssen.

Der Anrufer und die angerufenen Telefone vereinbaren bei jedem Verbindungsversuch den richtigen Codec. Sowohl das Anrufer- als auch das Empfängertelefon verfügen über eine priorisierte Liste unterstützter Codecs, um sich auf den optimalen Codec zu einigen.

Wenn es an der Zeit ist, den besten Codec für Ihr Telefonsystem auszuwählen, entscheiden Sie sich für den Codec, der Ihren Anforderungen am besten entspricht. Denken Sie an die realen Bandbreitenkapazitäten Ihres Teams und das durchschnittliche Volumen gleichzeitiger Anrufe.

Wenn die Anrufqualität oberste Priorität hat, sollten Sie den Breitband-Codec G.722 zuerst in Ihre Präferenzliste aufnehmen und dann G.711. G.722 bietet eine außergewöhnliche Sprachqualität, benötigt jedoch mehr Bandbreite. Wenn jedoch aufgrund von Netzwerkeinschränkungen eine geringere Bandbreitenauslastung Ihr Hauptanliegen ist, stellen Sie den Codec mit niedriger Bitrate G.729 vor G.711 ein.

Hier ist eine Tabelle, in der die gängigen Codecs verglichen werden.

Da fast alle VoIP-Telefone und -Anbieter immer noch G.711 akzeptieren, ist die Kompatibilität des neueren G.722-Codecs wahrscheinlich eingeschränkter.

IT-Experten bevorzugen oft den G.722-Codec für bemerkenswert klare Sprachgespräche, ohne das lokale Netzwerk übermäßig zu belasten.

Wählen Sie das richtige VoIP-System für bessere Codecs

VoIP-Telefonsysteme steigern die Produktivität Ihres Unternehmens, indem sie eine nahtlose Sprachkommunikation zwischen Ihren Teammitgliedern, Partnern und Kunden ermöglichen.

Fortschrittliche Audiokomprimierungsalgorithmen, sogenannte Codecs, ermöglichen die Übertragung hochwertiger Sprache über IP-Netzwerke ohne die Komplexität herkömmlicher Telekommunikationsgeräte.

Sie müssen sich keine Gedanken über die technischen Details von VoIP-Codecs machen. Wenn Sie sich für einen branchenführenden Cloud-Telefonsystemanbieter wie Nextiva entscheiden, nutzen Sie dessen technisches Fachwissen, um Optimierungen hinter den Kulissen durchzuführen.

Nextiva erkennt, dass eine kristallklare Anrufqualität für Ihren Betrieb und die Kundenzufriedenheit von entscheidender Bedeutung ist. Wir sorgen proaktiv für eine optimale Codec-Auswahl und Leistungsoptimierung, indem wir HD-Codecs für natürlichen Klang priorisieren und gleichzeitig Bandbreitenbeschränkungen ausgleichen.

Die Sprachinfrastruktur und Netzwerke von Nextiva sind darauf ausgelegt, das volle Potenzial von VoIP-Audio auszuschöpfen – sodass Sie sich auf Geschäftsziele statt auf technische Protokolle unter der Haube konzentrieren können.

Häufig gestellte Fragen zu VoIP-Codecs