Телефония →Теория

VoIP кодеки – подробное описание и характеристики

Компрессируем

Январь 06, 2016 Мерион Нетворкс

5 минут

Под телефонными (VoIP) кодеками понимаются различные математические модели используемые для цифрового кодирования и компрессирования (сжатия) аудио информации. Многие из современных кодеков используют особенности восприятия человеческим мозгом неполной информации: алгоритмы голосового сжатия пользуются этими особенностями, вследствие чего не полностью услышанная информация полностью интерпретируется головным мозгом. Основным смыслом таких кодеков является сохранение баланса между эффективностью передачи данных и их качеством.

Воип

Базовый курс по Asterisk

Мы собрали концентрат всех must have знаний в одном месте, которые позволяют тебе сделать шаг вперед на пути к экспертному владению Asterisk

Подробнее

Изначально, термин кодек происходил от сочетания слов КОДирование/ДЕКодирование, то есть устройств, которые преобразовывали аналог в цифровую форму. В современном мире телекоммуникаций, слово кодек скорее берет начало от сочетания КОмпрессия/ДЕКомпрессия.

Перед тем как начать подробный рассказ про различные кодеки, мы составили таблицу со краткой сравнительной характеристикой современных кодеков:

G.711

Кодек G.711 это самый базовый кодек ТфОП (PSTN). В рамках данного кодека используется импульсно-кодовая модуляция PCM. Всего в мире используется 2 метода компандирования (усиления сигнала) G.711: µ – закон в Северной Америке и A – закон в остальной части мира. Данный кодек передает 8 – битное слово 8 000 раз в секунду. Если умножить 8 на 8 000, то получим 64 000 бит – то есть 64 Кб/с, скорость потока, создаваемого G.711.

Многие люди скажут, что G.711 это кодек, в котором отсутствует компрессирование (сжатие), но это не совсем так: сам по себе процесс компандирования является одной из форм компрессирования. Все мировые кодеки «выросли» на базе G.711.

Важная особенность G.711 в том, что он минимально загружает процессор машины, на которой он запущен.

G.726

Этот кодек использовался некоторое время, став заменой для G.721, который на тот момент устарел, и является одним из первых кодеков с алгоритмом компрессии. Он так же известен как кодек с адаптивной импульсно-кодовой модуляции (Adaptive Differential Pulse-Code Modulation, ADPCM) и может использовать несколько скоростей потока передачи. Наиболее распространенные скорости передачи это 16, 24 и 32 Кб/сек.

Кодек G.726 почти идентичен G.711 – единственным отличием является то, что он использует половину полосы пропускания. Это достигается путем того, что вместо отправки полного результата квантования, он отправляет только разницу между двумя последними измерениями. В 1990 году от кодека практически отказались, так как он не мог работать с факсимильными сигналами и модемами. Но в наше время, из – за своей экономии полосы пропускания и ресурсов центрального процессора у него есть все шансы вновь стать популярные кодеком в современных сетях.

G.729A

Учитывая то, какую малую полосу пропускания использует G.729A, всего 8 Кб/сек., он обеспечивает превосходное качество связи. Это достигается за счет использования сопряженной структуры с управляемым алгебраическим кодом и линейным предсказанием (Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction, CS-ACELP). По причине патента, использование данного кодека является коммерческим; однако это не мешает кодеку G.729A быть популярным в различных корпоративных сетях и телефонных системах.

Для достижения такой высокой степени сжатия, G.729A активно задействует мощности процессора (CPU).

GSM

Кодек для глобального стандарта цифровой мобильной сотовой связи (Global System for Mobile Communications, GSM) не обременен лицензированием, как его аналог G.729A, но предлагает высокое качество и умеренную нагрузку на процессор при использовании 13 Кб/сек. полосы пропускания. Эксперты считают, что качество GSM несколько ниже чем G.729A.

iLBC

Кодек iLBC (Internet Low Bitrate Codec) сочетает в себе низкое использование полосы пропускания и высокого качества. Данный кодек идеально подходит для поддержания высокого качества связи в сетях с потерями пакетов.

iLBC не так популярен как кодеки стандартов ITU и поэтому, может быть не совместим с популярными IP – телефонами и IP – АТС. Инженерный совет Интернета (IETF) выпустил RFC 3951 и 3952 в поддержку кодека iLBC.

Internet Low Bitrate кодек использует сложные алгоритмы для достижения высокого показателя сжатия, поэтому, весьма ощутимо загружает процессор.

В настоящий момент iLBC используется бесплатно, но владелец этого кодека, Global IP Sound (GIPS), обязует уведомлять пользователей о намерении коммерческого использования этого кодека. Кодек iLBC работает на скорости в 13.3 Кб/сек. с фреймами в 30 мс, и на скорости 15.2 кб/сек. с фреймами в 20 мс.

Speex

Кодек Speex относится к семейству кодеков переменной скорости (variable-bitrate, VBR), что означает возможность кодека динамически менять скорость передачи битов в зависимости от статуса производительности сети передачи. Этот кодек предлагается в широкополосных и узкополосных модификациях, в зависимости от требования к качеству.

Speex полностью бесплатный и распространяется под программной лицензией университета Беркли (Berkeley Software Distribution license, BSD). Кодек работает на диапазонах от 2.15 до 22.4 Кб/сек. в рамках переменного битрейта.

G.722

G.722 является стандартом ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication sector) и впервые опубликован в 1988 году. Кодек G.722 позволяет обеспечить качество, не ниже G.711 что делает его привлекательным для современных VoIP разработчиков. В настоящий момент патент на G.722 не действителен, и этот кодек является полностью бесплатным.