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Comprendre la VoIP


Les codecs :


L'objectif d'un codec est la transformation d'un signal analogue vers un signal numérique et vice-versa. Ici, le codec transforme donc le signal de la voix en données numériques facilement transportables sur un réseau. Après de transport, le même codec se charge de retransformer le signal numérique vers un signal analogique.

Il existe une différence majeur permettant de classer les codecs existants dans deux catégories : les codecs sans pertes ('lossless') et les codecs avec pertes ('lossy').
   Dans un codec lossless, tout le signal est transformé en binaire et le décodage restitue des données parfaitement identiques à celles données en entrée. Ce type de codecs est utilisé quand la qualité de la restitution est importante.

    Dans un codec lossy, certaines parties du signal sont écartées et supprimées. Dans l'exemple de la voix, l'oreille humaine rencontre ses limites lorsqu'il s'agit d'écouter des fréquences trop basses ou trop hautes. Les codecs avec pertes (aussi appelés destructeurs) tirent parti de ce phénomène. Les sons dans les fréquences hautes ou basses sont tronqués pour diminuer la quantité d'information à transmettre. L'exploitation des particularités de l'oreille humaine s'appelle la psychoacoustique.

Qualité de la voix :


Dans le domaine de la téléphonie sur IP, les différents codecs retransmettent plus ou moins bien le signal original. Pour mesurer la qualité de la voix restituer, on parle de score MOS (Mean Opinion Score). C'est une note comprise entre 1 et 5 et attribuée par des auditeurs jugeant de la qualité de ce qu'ils entendent.

Score MOS
Score MOS Définition Exemple
4 à 5 Haute qualité Téléphones RNIS
3,5 à 4 Qualité commerciale Téléphones fixes classiques
3 à 3,5 Qualité acceptable
2,5 à 3 Qualité militaire
inférieur à 2,5 Qualité synthétique Voix robotisée


Pour la VoIP, plusieurs codecs peuvent servir. Voici leurs détails :

G.711

Ce codec est le premier à avoir été utilisé dans la VoIP. Même si il existe maintenant des codecs nettement plus intéressants, celui ci continue d'être implémenté dans les équipements a des fins de compatibilité entre marques d'équipements différentes.

Le principe utilisé est le codage du signal selon une échelle logarithmique. Pour cela deux lois différentes sont utilisées selon les pays. Aux USA et au Japon, il s'agit de la loi µ alors que dans le reste du Monde, il s'agit de la loi A. Ces deux lois sont quasiment identiques cependant.

Ce codec produit un flux d'une taille de 64kbit/s et le score MOS qu'il à obtenue est de 4,2 ce qui en fait un codec de bonne qualité de restitution. La partie du spectre de fréquence au dessus de 4kHz est cependant éliminée.

G.722

A la différence du G.711, ce codec transforme le spectre jusqu'à 7kHz ce qui restitue encore mieux la voix. Les débits que ce codec fournit sont 48,56 ou 64kbit/s. Une des particularités est de pouvoir immédiatement changer de débit. Ceci est fortement appréciable lorsque la qualité du support de transmission se dégrade.

G.722.1

Dérivé du codec précédent, celui ci propose des débits encore plus faibles (32 ou 24kbit/s). Il existe même des versions propriétaires de ce codec fournissant un débit de 16kbit/s.

G.723.1

C'est le codec par défaut lors des communications à faible débit. Deux modes sont disponibles. Le premier propose un débit de 6,4kbit/s et le deuxième un débit de 5,3kbit/s. Là aussi, le changement de mode peut se faire en pleine communication.

Ce codec est un parfait exemple de codec à pertes. Les tonalités DTMF (utilisée par exemple lors d'un appel à un serveur vocal lorsque l'on appuie sur le touches) ne sont pas correctement retransmises et donc non reconnues.

Les scores MOS varient entre 3,7 et 3,9.

G.729

Ce codec est avec G.723 un des plus utilisés en VoIP. A l'instar de ce dernier, il ne convient pas pour des transmissions autres que la voix et ne retransmet pas correctement les tonalités DTMF. Le score MOS obtenu est 4.0.



Compression du silence :


Une des méthodes utilisées par les codecs pour réduire la quantité de données à transmettre et de détecter les silences. Dans une conversation téléphonique, chaque locuteur ne parle que 1/3 du temps en moyenne. Ce qui fait que 1/3 du temps d'une conversation est constitué de silence facilement reproductible et donc non codé par le codec. Ce mécanisme s'appelle VAD (Voice Activity Detection - DAV : Détection d'activité de la voix).


Génération de bruits de confort :


Pendant une conversation où les silences sont effacés, l'absence de bruit chez le récepteur peut vite se révéler inconfortable. Dans cette optique, les codecs disposent d'un générateur de bruits de confort visant à simuler des bruits de fond pour améliorer le confort des utilisateurs.


Robustesse sur la pertes de paquets :


Si les conditions de circulations sur le réseau se dégradent, certains paquets contenant de l'information peuvent se perdrent ou arriver trop tard. Ce problème est en partie compensé par l'utilisation des buffers mais la gigue peut être telle que le codec soit obligé de retransmettre au récepteur un paquet alors qu'il n'est pas arrivé. Il existe plusieurs méthodes pour palier à ce problème : Il est possible par exemple de simplement répéter le contenu du dernier paquet pour combler le vide. On peut aussi répartir l'information sur plusieurs paquets de façon à introduire une redondance des données. en cas de pertes de paquets, le codec dispose ainsi d'une copie du paquet à retransmettre.

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