Redes de pacote VoIP_Iniciação Científica
Descrição do Produto
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Utilização prática de ferramenta para análise de qualidade subjetiva de voz em redes de pacotes (VoIP) Aluno: Victor F. A. Mota Orientadores: Prof. Rinaldo Carvalho Eng. Mário Ferreira INATEL Competence Center Av. João de Camargo, 510 Santa Rita do Sapucai - MG Tel: (35) 3471-9330
VoIP: Voz sobre redes de pacotes (IP)
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Apresentação da pesquisa ciêntífica
•
Conceitos de Voz sobre IP
•
Codificadores de Voz: CODEC’s
•
Avaliação dos CODEC’s
•
Conceitos de Qualidade de Serviço Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Voz Sobre IP
Modelo para Transmissão de Voz sobre Pacotes Transmissor
Sinal Analógico
Sinal Digital
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Sinal de Voz Codificador Receptor
Empacotador
Internet ou LAN
Decodificador Buffer Dinâmico
Sinal de Voz Sinal Analógico Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Voz Sobre IP
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Digitalização do Sinal de Voz
100011...01010001
Sinal Analógico
Filtro 300Hz a 3,4KHz
Etapa de Amostragem
Amostras de um Sinal Analógico
codec Etapa de Quantização
Etapa de Compressão
Etapa de Codificação
Fundamentos de Projeto de Placas de
Sinal Digital
Conceitos de Voz Sobre IP
Características do Sinal de Voz
Amp.
baixa freqüência (graves)
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faixa transmitida (75% da energia)
alta freqüência (agudos)
Hz
10
300
3.400 Fundamentos de Projeto de Placas de
10.000
Conceitos de Voz Sobre IP
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Digitalização do Sinal de Voz – Teorema da Amostragem “O Teorema da Amostragem (Nyquist – 1920) garante que é possível recuperar um sinal analógico, no ponto de recepção, através de suas amostras, se o sinal analógico for limitado em freqüência e se a freqüência de amostragem (fA) for maior do que o dobro da freqüência máxima do sinal analógico (fM).”
f A > 2 x fM Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Voz Sobre IP
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Digitalização do Sinal de Voz – Teorema da Amostragem
Sinal Analógico a ser digitalizado
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Voz Sobre IP
Digitalização do Sinal de Voz – Teorema da Amostragem 1º Passo
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Amostras do Sinal Analógico
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Voz Sobre IP
Digitalização do Sinal de Voz – Teorema da Amostragem 2º Passo Níveis de Quantização
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7
6 5 4 3 2 1 0
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Voz Sobre IP
Digitalização do Sinal de Voz – Teorema de Amostragem 3º Passo
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7
Amostras Aproximadas aos Níveis de Quantização
6 Erro De Quantização
5 4 3 2 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
Sinal Digitalde Placas de Fundamentos de Projeto 010 100 110 101 011 010 ...
Conceitos de Voz Sobre IP
Digitalização do Sinal de Voz – Sistema PCM
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PCM Sinal Analógico
Amostragem (8 KHz)
Quantização (256 níveis)
Codificação Binária (8 bits)
Freqüência de Amostragem: 8 KHz Quantização: 256 níveis Codificação: 8 bits Taxa de Transmissão: 8.000 x 8 = 64 Kb/s Fundamentos de Projeto de Placas de
Sinal Digital (PCM) 64 Kb/s
Conceitos de Voz Sobre IP
Compressão do Sinal de Voz
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• São usados algoritmos para reduzir tráfego gerado por cadeias repetitivas. • Otimiza o uso da banda disponível. • Aumenta o atraso no envio das informações.
64 Kb/s
COMPRESSÃO
8 Kb/s
Fundamentos de Projeto de Placas de
Codificadores de voz CODEC’s
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Codificadores (codec’s) para o Sinal de Voz
codec
Rec ITU-T
Taxa (Kb/s)
Complexidade
Atraso (ms)
PCM
G.711
64
Mínima
0
ADPCM
G.726
16 ou 32
Baixa
0
LD-CELP
G.728
16
Baixa
3
CS-ACELP
G.729a
8
Média
15
CS-ACELP
G.729
8
Média
15
MP-MLQ
G.723.1
6,3
Alta
37,5
ACELP
G.723.1
5,3
Alta
37,5
Fundamentos de Projeto de Placas de
Avaliação dos CODEC’s
Avaliação dos codec’s
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• Foram criadas escalas para avaliar a qualidade do sinal de voz. • MOS (Mean Opinion Score) • Avaliação obtida a partir de pessoas isentas. • Processo caro e demorado. • Avalia parâmetros como inteligibilidade, conforto, identificação dos interlocutores. • ... 5 Ruim 1 ... ... Excelente Fundamentos de Projeto de Placas de
Avaliação dos CODEC’s
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Avaliação dos codec’s
codec
Rec. ITU-T
Taxa (Kb/s)
Escala MOS
PCM
G.711
64
4,3
ADPCM
G.726
16 – 32
3,85
LD-CELP
G.728
16
3,61
CS-ACELP
G.729a
8
3,7
CS-ACELP
G.729
8
3,92
MP-MLQ
G.723.1
6,3
3,9
ACELP
G.723.1
5,3
3,65
Fundamentos de Projeto de Placas de
Avaliação dos CODEC’s
Grau de Satisfação x Escala MOS MOS Muito satisfeito
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4,3 Satisfeito 4,0 Alguns usuários insatisfeitos
3,6 Muitos usuários insatisfeitos Praticamente todos usuários insatisfeitos
3,1 2,6
Não recomendado
1,0
Fundamentos de Projeto de Placas de
Avaliação dos CODEC’s
Avaliação dos codec’s
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• PSQM (Percentual Quality Measurement) • Procura estimar o MOS através de medidas quantitativas. • Não considera as degradações provocadas pela rede ao sinal de voz: • Compara matematicamente o stream transmitido com o stream recebido.
0 ... ... ... 6,5
Excelente
Fundamentos de Projeto de Placas de
Ruim
Avaliação dos CODEC’s
Avaliação dos codec’s
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• PSQM+ • Desenvolvido para superar limitações do PSQM.
• Passa a considerar as degradações provocadas pela rede durante a transmissão.
Fundamentos de Projeto de Placas de
Avaliação dos CODEC’s
Avaliação dos codec’s
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• PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality) • Atual padrão da ITU-T para avaliação de Codecs de voz. (Recomendação P.862.1) • Prevê avaliações de voz em faixa larga (8KHz) P.862.2 • Boa correlação na estimação da voz, considerando uma grande variedade de condições. • Substituiu o PSQM e PSQM+.
Fundamentos de Projeto de Placas de
Avaliação dos CODEC’s
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Avaliação dos codec’s
Fonte: broadcom
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Qualidade de Serviço
Definição de Qualidade de Serviço: QoS
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“Qualidade de Serviço (QoS) é a capacidade de um elemento de rede (aplicação, host, meio de transmissão, gateway, etc) oferecer serviços de transporte de informação com nível pré-estabelecido, previsível e consistente.”
•
Todas as camadas da rede devem garantir QoS.
•
Redes com recursos compartilhados não conseguem garantir QoS.
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Qualidade de Serviço
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Parâmetros de QoS
•
Largura de Banda (Vazão).
•
Atraso (Latência).
•
Jitter (Variação de Atraso).
•
Disponibilidade.
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Qualidade de Serviço
Parâmetros de QoS: Largura de Banda
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• •
É a medida da capacidade de transmissão de informações (especificada em Kb/s ou em Mb/s) Indica a capacidade máxima teórica. Exemplos
•
Aplicações de Voz: 20 Kb/s a 120 Kb/s.
•
Transferência de Arquivos: 10 Kb/s a 10 Mb/s.
•
Vídeo (MPEG): 1 Mb/s a 20 Mb/s.
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Qualidade de Serviço
Parâmetros de QoS: Atraso
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•
É o tempo gasto por um pacote sair da origem e chegar ao destino.
Somatório de todos os atrasos impostos pela rede e pelos equipamentos.
B
A
C Transmissão
A
B
C Recepção
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Qualidade de Serviço
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Parâmetros de QoS: Jitter
•
É a variação no atraso na transmissão das informações.
•
É crítico em aplicações de voz e vídeo.
•
Causas: congestionamento na rede e alterações de caminho (redes baseadas em datagramas).
2
1
4
3
6
5
7 Transmissão
1
2
3
5
4
6
7 Recepção
Fundamentos de Projeto de Placas de
Conceitos de Qualidade de Serviço
Parâmetros de QoS: Disponibilidade
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•
Garantia do transporte de informações pela rede ao longo do tempo.
Quanto maior a disponibilidade / confiabilidade necessária, maior o gasto: – Rotas de backup; – Equipamentos de backup;
30 dias = 2.592.000 seg
99,00% = 7,2 horas fora do ar 99,90% = 43 min fora do ar 99,99 % = 4,3 min fora do ar
Fundamentos de Projeto de Placas de
Aplicação
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Aplicação no mercado
Fundamentos de Projeto de Placas de
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Obrigado! Victor Ferreira Almeida Mota
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