Czym są kodeki VoIP i jak wpływają na jakość dźwięku połączeń?

Dzięki protokołowi Voice over Internet Protocol (VoIP) dzisiejsze rozmowy telefoniczne są krystalicznie czyste i wymagają jedynie połączenia z Internetem. To wszystko jest możliwe dzięki kodekom VoIP.

Czytaj dalej, omawiamy, co oznacza kodek i jak wybrać odpowiedni kodek dla systemu telefonicznego VoIP .

Czym są kodeki VoIP?

Kodek VoIP to technologia określająca jakość dźwięku, przepustowość i kompresję połączeń telefonicznych wykorzystujących protokół Voice over Internet Protocol (VoIP). Kodeki VoIP wykorzystują algorytmy zastrzeżone lub open source. Słowo kodek jest połączeniem dwóch terminów: Kompresja i Dekompresja.

Dzięki kodekom możesz pobrać film w ciągu kilku minut, a nie godzin. Praktyczne przykłady kodeków obejmują przechwytywanie obrazu (JPEG), oprogramowanie szyfrujące (AES), media strumieniowe (H.264) oraz oprogramowanie do nagrywania muzyki i dźwięku (MP3).

Na przykład kodeki określają jakość i przepustowość potrzebną do oglądania filmów w serwisie YouTube lub Netflix. W przypadku kodeka VoIP konwertuje on analogowe sygnały głosowe na pakiety cyfrowe lub skompresowaną postać cyfrową do transmisji, a następnie z powrotem na nieskompresowany sygnał audio.

Kodeki VoIP określają jakość połączenia i opóźnienie rozmowy, ponieważ połączenie odbywa się przez Internet. Mogą wystąpić pewne problemy z VoIP , ponieważ połączenia są przesyłane przez Internet.

Jeśli Twój dostawca VoIP ma wiele centrów danych, niezawodność nie stanowi problemu w przypadku zdecydowanej większości połączeń telefonicznych.

Kluczowe składniki kodeków VoIP

Chociaż ogólny proces przechwytywania, konwertowania, przesyłania i odtwarzania głosu obejmuje wiele komponentów systemu VoIP, sam kodek wymaga rozważenia kilku kluczowych aspektów:

1. Częstotliwość próbkowania

Jest to częstotliwość, z jaką analogowy sygnał głosowy jest próbkowany i konwertowany na dane cyfrowe. Wyższe częstotliwości próbkowania rejestrują więcej szczegółów i prowadzą do lepszej jakości dźwięku, ale wymagają także większej przepustowości. Typowe częstotliwości próbkowania w kodekach VoIP to 8 kHz, 16 kHz i 48 kHz.

2. Głębia bitowa

Określa to precyzję każdej próbki, podobną do rozdzielczości obrazu. Większa głębia bitowa zapewnia bardziej zniuansowaną reprezentację fali dźwiękowej, ale także zwiększa rozmiar danych. Typowe stosowane głębie bitowe to 8 i 16 bitów.

Szybkość transmisji audio (ilość danych przesłanych do postaci audio) umożliwia przechwytywanie większej ilości informacji dźwiękowych na sekundę. Ogólnie rzecz biorąc, wyższa przepływność oznacza lepszą jakość dźwięku.

3. Algorytm kompresji

Jest to serce kodeka, które zmniejsza rozmiar danych w celu zapewnienia wydajnej transmisji. Różne algorytmy osiągają różne poziomy kompresji, rezygnując z jakości dźwięku i złożoności przetwarzania.

Typowe metody kompresji obejmują:

• Kodowanie podpasm: rozkłada sygnał na różne pasma częstotliwości i selektywnie je koduje na podstawie ważności.
• Liniowe kodowanie predykcyjne (LPC): przewiduje nadchodzące próbki na podstawie przeszłych, zmniejszając redundancję.
• Kwantyzacja wektorowa (VQ): grupuje podobnie brzmiące próbki w „kodekety” w celu wydajnej reprezentacji.

4. Rozmiar pakietu

Skompresowane dane dzielone są na pakiety przeznaczone do transmisji w sieci. Proces ten nazywany jest pakietyzacją.

Rozmiar pakietu wpływa na opóźnienia i wahania, wpływając na jakość komunikacji w czasie rzeczywistym. Bufory jitter wygładzają zmienność czasów nadejścia pakietów poprzez buforowanie określonej liczby pakietów głosowych przed odtworzeniem. To kompensuje drgania sieci .

Wybór optymalnego rozmiaru równoważy wydajną transmisję, minimalizując jednocześnie opóźnienia.

5. Korekcja i ukrywanie błędów

Sieci nie są idealne i pakiety mogą zostać utracone lub uszkodzone. Kodek może zawierać mechanizmy korekcji błędów lub ukrywania, aby złagodzić te problemy.

Korekta błędów polega na odzyskaniu utraconych danych, natomiast ukrywanie ma na celu zamaskowanie brakujących informacji przy użyciu otaczających próbek.

Jak działają kody VoIP?

Kodeki VoIP kodują i dekodują sygnały głosowe w celu przesyłania głosu w sieciach IP. Oto krótki przegląd ich działania:

Konwersja analogowo-cyfrowa

Kodek najpierw przekształca analogowy sygnał głosowy z mikrofonu w sygnał cyfrowy. Proces ten próbkuje sygnał głosu w regularnych odstępach czasu i zapisuje amplitudy kształtu fali głosu w każdej próbce w formacie cyfrowym.

Typowe częstotliwości próbkowania wynoszą 8 000 próbek lub 16 000 na sekundę.

Kodowanie

Kodek następnie kompresuje lub koduje surowe cyfrowe dane głosowe, aby zoptymalizować je pod kątem transmisji w sieciach pakietowych.

Wiele algorytmów kodowania/dekodowania głosu (kodeków) wykorzystuje techniki kompresji, takie jak analiza widmowa dźwięku, przewidywanie i kodowanie różnicowe. Niektóre popularne kodeki to G.711, G.729, Speex i OPUS.

Pakowanie

Zakodowane dane głosowe są następnie dzielone i pakowane w małe pakiety z dołączonymi danymi adresowymi i kontrolnymi. Te pakiety głosowe można następnie przesyłać przez sieć IP.

Rozszyfrowanie

Gdy pakiety dotrą do urządzenia odbiorcy, kodek rozpakowuje je, ponownie składa cyfrowe informacje głosowe we właściwej kolejności i dekoduje skompresowane dane głosowe w celu zrekonstruowania oryginalnego cyfrowego sygnału audio.

Konwersja cyfrowo-analogowa

Na koniec sygnał cyfrowy jest konwertowany z powrotem na kształt fali analogowej, dzięki czemu można go odtwarzać przez głośnik. Odbywa się to za pomocą przetwornika DAC (przetwornika cyfrowo-analogowego).

Rodzaje kodeków VoIP

Ponieważ dostępnych jest wiele kodeków, wybór konkretnego może być trudny. Poniżej wymieniliśmy kilka poszczególnych kodeków, które należy wziąć pod uwagę.

1. Kodeki wąskopasmowe

Kodeki wąskopasmowe to kodeki audio zaprojektowane do działania przy niskich przepływnościach, zwykle poniżej 16 kb/s. Są zoptymalizowane do kodowania dźwięku mowy kosztem jakości muzyki/dźwięku szerokopasmowego i wykorzystują stosunkowo wąski zakres częstotliwości ludzkiej mowy (około 300–3400 Hz).

Kodeki wąskopasmowe skupiają się w szczególności na kompresji ludzkiego głosu kosztem przepustowości i ogólnej jakości dźwięku. Ich ograniczenia wpływają na aplikacje, takie jak rozmowy telefoniczne, oprogramowanie do spotkań i centra obsługi telefonicznej, gdzie przepustowość jest ograniczona, ale najważniejsza jest wyraźna komunikacja głosowa.

Oto kilka typowych.

• G.711 – Najpopularniejszy kodek wąskopasmowy. Ma szerokość pasma od 300 Hz do 3,4 kHz, która jest zoptymalizowana pod kątem jakości głosu w tradycyjnej telefonii.
• G.729 – Kolejny popularny kodek wąskopasmowy. Działa z szybkością 8 kb/s i szerokością pasma do 3,4 kHz. Zapewnia dobrą jakość głosu przy niskich przepływnościach.
• G.726 – wąskopasmowy kodek o zmiennej przepływności i przepustowości do 3,4 kHz. Może działać w zakresie 16-40 kbps.
• G.723 – starszy kodek wąskopasmowy działający przy bardzo niskiej przepływności 5,3 lub 6,3 kb/s. Jakość głosu jest gorsza, ale użyteczna.

2. Kodeki szerokopasmowe

Kodeki szerokopasmowe to kodeki audio, które mogą kodować sygnały audio o wyższej jakości, wykraczającej poza ograniczenia tradycyjnych wąskopasmowych kodeków telefonicznych. Mogą kodować i dekodować częstotliwości do około 7–8 kHz, czyli ponad dwukrotnie więcej niż maksymalny zakres częstotliwości kodeków wąskopasmowych, takich jak G.711 (~3,4 kHz).

Jakie są typowe?

• G.722 – kodek głosowy HD zapewniający lepszą jakość dźwięku dzięki szerszemu pasmu przenoszenia od 50 Hz do 7 kHz w porównaniu z kodekami wąskopasmowymi.
• AMR-WB – skrót od Adaptive Multi-Rate Wideband. Opracowany dla sieci telefonii komórkowej, koduje głos HD od 50 Hz do 7 kHz.
• Opus – Jeden z najnowszych i najbardziej zaawansowanych kodeków szerokopasmowych. Obsługuje zakres przepływności od 6 kbps do 510 kbps i szerokość pasma od wąskopasmowego do 20 kHz. Zapewnia dużą elastyczność.

Kodeki szerokopasmowe opierają się na kodekach wąskopasmowych, aby zapewnić jakość głosu i dźwięku o niemal wysokiej jakości. Dzieje się to kosztem wyższych przepływności. Jednak w nowoczesnych sieciach powszechnie stosuje się kodeki szerokopasmowe, aby zapewnić bogatszą komunikację głosową i wrażenia multimedialne.

Jak kodeki poprawiają jakość połączeń

VoIP wykorzystuje kodeki audio do kodowania i dekodowania sygnałów głosowych w celu transmisji przez Internet. Te kodeki kompresują dźwięk, aby zmniejszyć wymagania dotyczące przepustowości, ale mogą mieć wpływ na jakość połączenia, jeśli nie są odpowiednio zoptymalizowane.

Usługi telefoniczne VoIP wykorzystują kodeki szerokopasmowe, takie jak G.722, do obsługi wyższych częstotliwości audio do 7 kHz w porównaniu do kodeków wąskopasmowych, takich jak G.711, które obsługują tylko do 3,4 kHz. Dzięki temu kodeki szerokopasmowe mogą dokładniej odtwarzać ludzki głos w zakresie od 80 Hz do 14 kHz. Dodatkowe informacje o wysokiej częstotliwości lepiej oddają niuanse, takie jak emocje i artykulacja.

Kodeki szerokopasmowe próbkują sygnał audio co najmniej 16 000 razy na sekundę, aby w wystarczającym stopniu uchwycić większy zakres częstotliwości. Zaawansowane kodeki, takie jak Opus, są nawet w stanie dynamicznie dostosowywać przepływność, aby zrównoważyć wydajność przepustowości i jakość dźwięku.

Ponadto platformy VoIP wykorzystują mechanizmy takie jak ukrywanie utraty pakietów i eliminacja echa akustycznego, aby zminimalizować szumy tła i zakłócenia, które mogą jeszcze bardziej pogorszyć jakość połączenia.

Obsługując szersze zakresy częstotliwości i optymalizując wydajność w czasie rzeczywistym, nowoczesne kodeki VoIP mogą przesyłać wyraźniejsze, bogatsze sygnały głosowe, co zapewnia bardziej naturalne wrażenia podczas rozmowy, porównywalne z rozmową twarzą w twarz.

Powiązany artykuł

Jak działa VoIP? Przewodnik dla początkujących po systemach telefonicznych VoIP

Wybór odpowiedniego kodeka

Systemy telefoniczne VoIP w chmurze określają, które kodeki są dostępne dla Twojego sprzętu. Kodeki kompresują i dekompresują sygnały audio, aby efektywnie przesyłać dane głosowe w sieciach IP.

Dostawcy VoIP przesyłają pakiety danych przez Internet, podczas gdy telefony IP muszą skutecznie kompresować i dekompresować dźwięk na punktach końcowych za pomocą kodeków.

Osoba dzwoniąca i wywoływane telefony negocjują właściwy kodek przy każdej próbie połączenia. Zarówno telefon dzwoniącego, jak i odbierającego mają listę obsługiwanych kodeków z priorytetami, co pozwala uzgodnić, który z nich będzie optymalny.

Kiedy nadejdzie czas wyboru najlepszego kodeka dla Twojego systemu telefonicznego, wybierz ten, który najlepiej spełnia Twoje potrzeby. Pomyśl o rzeczywistych możliwościach przepustowości swojego zespołu i średniej liczbie jednoczesnych połączeń.

Jeśli jakość połączenia jest dla Ciebie najważniejsza, na liście preferencji powinieneś umieścić szerokopasmowy kodek G.722, a następnie G.711. G.722 zapewnia wyjątkową jakość głosu, ale zużywa większą przepustowość. Jeśli jednak Twoim głównym problemem jest mniejsze wykorzystanie przepustowości ze względu na ograniczenia sieci, ustaw kodek G.729 o niskiej przepływności przed G.711.

Oto tabela porównująca popularne kodeki.

Ponieważ prawie wszystkie telefony i dostawcy VoIP nadal akceptują standard G.711, nowszy kodek G.722 prawdopodobnie ma bardziej ograniczoną kompatybilność.

Specjaliści IT często preferują kodek G.722, aby zapewnić wyjątkowo wyraźne rozmowy głosowe bez nadmiernego obciążania sieci lokalnej.

Wybierz odpowiedni system VoIP dla lepszych kodeków

Systemy telefoniczne VoIP zwiększają produktywność Twojej firmy, umożliwiając bezproblemową komunikację głosową pomiędzy członkami zespołu, partnerami i klientami.

Zaawansowane algorytmy kompresji dźwięku zwane kodekami umożliwiają przesyłanie wysokiej jakości głosu w sieciach IP bez konieczności stosowania złożoności tradycyjnego sprzętu telekomunikacyjnego.

Nie musisz się stresować szczegółami technicznymi kodeków VoIP. Wybierając wiodącego w branży dostawcę systemów telefonicznych w chmurze, takiego jak Nextiva, wykorzystujesz jego wiedzę inżynieryjną do przeprowadzania optymalizacji za kulisami.

Nextiva uznaje krystalicznie czystą jakość połączeń za niezbędną dla Twojej działalności i zadowolenia klientów. Aktywnie zapewniamy optymalny wybór kodeków i dostrajanie wydajności, traktując priorytetowo kodeki HD w celu uzyskania naturalnego dźwięku, jednocześnie równoważąc ograniczenia przepustowości.

Infrastruktura głosowa i sieci Nextiva zostały zaprojektowane tak, aby uwolnić pełny potencjał dźwięku VoIP, dzięki czemu możesz skupić się na celach biznesowych, a nie na ukrytych protokołach technicznych.

Często zadawane pytania dotyczące kodeków VoIP