O que são codecs VoIP e como eles afetam a qualidade do som das chamadas?

Graças ao Voice over Internet Protocol (VoIP), as chamadas telefônicas atuais são cristalinas e só precisam de uma conexão com a Internet. Tudo isso é possível por causa dos codecs VoIP.

Continue lendo enquanto discutimos o que significa um codec e como você pode selecionar o codec certo para o seu sistema telefônico VoIP .

O que são codecs VoIP?

Um codec VoIP é uma tecnologia que determina a qualidade de áudio, largura de banda e compactação de chamadas telefônicas de Voice over Internet Protocol (VoIP). Os codecs VoIP usam algoritmos proprietários ou de código aberto. A palavra codec é uma mala de viagem de dois termos: Compressão e Descompressão.

Os codecs são a razão pela qual você pode baixar um filme em minutos, não em horas. Exemplos práticos de codecs incluem captura de imagem (JPEG), software de criptografia (AES), streaming de mídia (H.264) e software de gravação de música e áudio (MP3).

Por exemplo, os codecs determinam a qualidade e a largura de banda necessária para assistir a vídeos no YouTube ou Netflix. No caso de um codec VoIP, ele converte sinais de voz analógicos em pacotes digitais ou em formato digital compactado para transmissão e depois novamente em um sinal de áudio não compactado.

Os codecs VoIP determinam a qualidade e a latência da chamada em uma conversa, já que a chamada ocorre pela Internet. Você pode encontrar alguns problemas de VoIP , pois as chamadas viajam pela Internet.

Se o seu provedor de VoIP tiver vários data centers, a confiabilidade não será um problema para a grande maioria das chamadas telefônicas.

Principais componentes dos codecs VoIP

Embora o processo geral de captura, conversão, transmissão e reprodução de voz envolva vários componentes em um sistema VoIP, o codec em si tem vários aspectos importantes a serem considerados:

1. Taxa de amostragem

É a frequência na qual o sinal de voz analógico é amostrado e convertido em dados digitais. Taxas de amostragem mais altas capturam mais detalhes e resultam em melhor qualidade de áudio, mas também exigem mais largura de banda. As taxas de amostragem comuns em codecs VoIP são 8 kHz, 16 kHz e 48 kHz.

2. Profundidade de bits

Isso determina a precisão de cada amostra, semelhante à resolução de uma imagem. A maior profundidade de bits fornece uma representação mais sutil da onda sonora, mas também aumenta o tamanho dos dados. As profundidades de bits típicas usadas são 8 e 16 bits.

As taxas de bits de áudio (a quantidade de dados transferidos para o áudio) capturam mais informações sonoras por segundo. Geralmente, uma taxa de bits mais alta indica melhor qualidade de som.

3. Algoritmo de compressão

Este é o coração do codec que reduz o tamanho dos dados para uma transmissão eficiente. Diferentes algoritmos alcançam níveis variados de compactação com compensações na qualidade do áudio e na complexidade do processamento.

Os métodos de compactação comuns incluem:

• Codificação de sub-banda: Decompõe o sinal em diferentes bandas de frequência e codifica-as seletivamente com base na importância.
• Codificação preditiva linear (LPC): prevê amostras futuras com base nas anteriores, reduzindo a redundância.
• Quantização vetorial (VQ): agrupa amostras com sons semelhantes em “codevetores” para representação eficiente.

4. Tamanho do pacote

Os dados compactados são divididos em pacotes para transmissão pela rede. Este processo é conhecido como empacotamento.

O tamanho do pacote afeta o atraso e o jitter, influenciando a qualidade da comunicação em tempo real. Os buffers de jitter suavizam a variabilidade nos tempos de chegada dos pacotes, armazenando em buffer uma certa quantidade de pacotes de voz antes da reprodução. Isto compensa o jitter da rede .

A escolha de um tamanho ideal equilibra a transmissão eficiente e minimiza os atrasos.

5. Correção e ocultação de erros

As redes não são perfeitas e os pacotes podem ser perdidos ou corrompidos. O codec pode incorporar mecanismos de correção ou ocultação de erros para mitigar esses problemas.

A correção de erros tenta recuperar dados perdidos, enquanto a ocultação tenta mascarar informações ausentes usando amostras vizinhas.

Como funcionam os códigos VoIP?

Os codecs VoIP codificam e decodificam sinais de voz para transmitir voz em redes IP. Aqui está uma rápida visão geral de como eles funcionam:

Conversão analógico para digital

Um codec primeiro digitaliza um sinal de voz analógico de um microfone em um sinal digital. Este processo amostra o sinal de voz em intervalos regulares e armazena as amplitudes da forma de onda de voz em cada amostra em formato digital.

As taxas de amostragem comuns são 8.000 amostras ou 16.000 por segundo.

Codificação

O codec então compacta ou codifica os dados brutos de voz digital para otimizá-los para transmissão em redes de pacotes.

Muitos algoritmos de codificação/decodificação de voz (codecs) usam técnicas de compressão como análise espectral de áudio, previsão e codificação diferencial. Alguns codecs populares são G.711, G.729, Speex e OPUS.

Empacotamento

Os dados de voz codificados são então divididos e empacotados em pequenos pacotes com dados de endereço e controle anexados a eles. Esses pacotes de voz podem então ser transmitidos pela rede IP.

Decodificação

Quando os pacotes chegam ao dispositivo destinatário, o codec os descompacta, reúne as informações de voz digital na ordem correta e decodifica os dados de voz compactados para reconstruir o sinal de áudio digital original.

Conversão digital para analógico

Finalmente, o sinal digital é convertido novamente em uma forma de onda analógica para que possa ser reproduzido através de um alto-falante. Isso é feito por um DAC (conversor digital para analógico).

Tipos de codecs VoIP

Como existem muitas opções de codecs, escolher um específico pode ser complicado. Abaixo, listamos alguns codecs individuais a serem considerados.

1. Codecs de banda estreita

Codecs de banda estreita são codecs de áudio projetados para operar em taxas de bits baixas, normalmente abaixo de 16 kbps. Eles são otimizados para codificar áudio de fala em detrimento da qualidade de música/áudio de banda larga e exploram a faixa de frequência relativamente estreita da fala humana (cerca de 300-3400 Hz).

Os codecs de banda estreita concentram-se especificamente na compressão da voz humana em detrimento da largura de banda e da qualidade geral do áudio. Suas restrições informam aplicativos como chamadas telefônicas, software de reuniões e call centers, onde a largura de banda é limitada, mas a comunicação de voz clara é fundamental.

Aqui estão alguns dos mais comuns.

• G.711 – O codec de banda estreita mais comum. Possui largura de banda de 300 Hz a 3,4 kHz, otimizada para qualidade de voz de telefonia tradicional.
• G.729 – Outro codec de banda estreita popular. Opera a 8 kbps com largura de banda de até 3,4 kHz. Oferece boa qualidade de voz em taxas de bits baixas.
• G.726 – Um codec de banda estreita com taxa de bits variável e largura de banda de até 3,4 kHz. Pode operar entre 16 e 40 kbps.
• G.723 – Um codec de banda estreita legado que opera em taxas de bits muito baixas de 5,3 ou 6,3 kbps. A qualidade da voz é inferior, mas utilizável.

2. Codecs de banda larga

Codecs de banda larga referem-se a codecs de áudio que podem codificar sinais de áudio de alta fidelidade além das limitações dos codecs de telefonia de banda estreita tradicionais. Eles podem codificar e decodificar frequências de até cerca de 7 a 8 kHz, mais do que o dobro da faixa de frequência máxima de codecs de banda estreita como G.711 (~3,4 kHz).

Quais são alguns dos mais comuns?

• G.722 – Um codec de voz HD com qualidade de áudio aprimorada devido a uma largura de banda mais ampla de 50 Hz a 7 kHz em comparação com codecs de banda estreita.
• AMR-WB – Significa banda larga adaptativa de múltiplas taxas. Desenvolvido para redes de telefonia móvel, codifica voz HD de 50 Hz a 7 kHz.
• Opus – Um dos codecs de banda larga mais novos e avançados. Suporta uma variedade de taxas de bits de 6 kbps a 510 kbps e largura de banda de banda estreita até 20 kHz. Oferece grande flexibilidade.

Os codecs de banda larga baseiam-se em codecs de banda estreita para oferecer suporte a voz e qualidade de áudio de quase alta fidelidade. Isso tem o custo de taxas de bits mais altas. Mas com as redes modernas, os codecs de banda larga são comumente empregados para fornecer comunicações de voz e experiências de mídia mais ricas.

Como os codecs melhoram a qualidade das chamadas

VoIP depende de codecs de áudio para codificar e decodificar sinais de voz para transmissão pela Internet. Esses codecs compactam o áudio para reduzir os requisitos de largura de banda, mas podem afetar a qualidade da chamada se não forem otimizados adequadamente.

Os serviços telefônicos VoIP usam codecs de banda larga como G.722 para suportar frequências de áudio mais altas de até 7 kHz, em comparação com codecs de banda estreita como G.711, que suportam apenas até 3,4 kHz. Isso permite que codecs de banda larga representem com mais precisão a voz humana, que varia de 80 Hz a 14 kHz. A informação adicional de alta frequência transmite melhor nuances como emoção e articulação.

Os codecs de banda larga amostram o sinal de áudio pelo menos 16.000 vezes por segundo para capturar suficientemente essa faixa de frequência maior. Codecs avançados como o Opus são capazes de ajustar dinamicamente a taxa de bits para equilibrar a eficiência da largura de banda com a qualidade do áudio.

Além disso, as plataformas VoIP usam mecanismos como ocultação de perda de pacotes e cancelamento de eco acústico para minimizar ruídos de fundo e interferências que podem degradar ainda mais a qualidade da chamada.

Ao suportar faixas de frequência mais amplas e otimizar o desempenho em tempo real, os codecs VoIP modernos podem transmitir sinais de voz mais claros e ricos, resultando em uma experiência de conversação mais natural, comparável a falar cara a cara.

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Escolhendo o codec certo

Os sistemas telefônicos VoIP em nuvem determinam quais codecs estão disponíveis para o seu hardware. Os codecs compactam e descompactam sinais de áudio para transmitir dados de voz com eficiência em redes IP.

Os provedores de VoIP transmitem os pacotes de dados pela Internet, enquanto os telefones IP precisam compactar e descompactar o áudio de forma eficaz nos terminais usando codecs.

O chamador e os telefones chamados negociam o codec adequado sempre que há uma tentativa de conexão de chamada. Tanto o telefone chamador quanto o receptor têm uma lista priorizada de codecs suportados para chegar a um acordo sobre qual será o melhor a ser usado.

Quando chegar a hora de selecionar o melhor codec para o seu sistema telefônico, opte por aquele que funciona melhor de acordo com as suas necessidades. Pense nas capacidades reais de largura de banda da sua equipe e nos volumes médios de chamadas simultâneas.

Se a qualidade da chamada for uma prioridade, você deve colocar o codec de banda larga G.722 primeiro em sua lista de preferências e depois o G.711. G.722 oferece qualidade de voz excepcional, mas utiliza mais largura de banda. No entanto, se a menor utilização da largura de banda for sua principal preocupação devido a restrições de rede, defina o codec de baixa taxa de bits G.729 antes do G.711.

Aqui está uma tabela comparando os codecs populares.

Como quase todos os telefones e provedores VoIP ainda aceitam G.711, o codec G.722 mais recente provavelmente tem compatibilidade mais limitada.

Os profissionais de TI geralmente preferem o codec G.722 para conversas de voz notavelmente claras, sem sobrecarregar excessivamente a rede local.

Escolha o sistema VoIP certo para melhores codecs

Os sistemas telefônicos VoIP aumentam a produtividade do seu negócio, permitindo comunicação de voz perfeita entre os membros da sua equipe, parceiros e clientes.

Algoritmos avançados de compressão de áudio chamados codecs tornam possível transmitir voz de alta qualidade em redes IP sem a complexidade dos equipamentos de telecomunicações tradicionais.

Você não precisa se preocupar com os detalhes técnicos dos codecs VoIP. Ao selecionar um provedor de sistema telefônico em nuvem líder do setor, como Nextiva, você aproveita sua experiência em engenharia para lidar com otimizações nos bastidores.

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Perguntas frequentes sobre codecs VoIP