, Franz J. Hauck, Verteilte Systeme, Univ. Ulm, [2006w-MMK-C-VoIP.fm, ]

Transkript

1 C Internettelefonie C.1 1 Codecs Coder/Decoder dient der Quellcodierung von Medien hier erforderlich: Audio-Codec, hauptsächlich für Sprache keine vollständiges Frequenzspektrum nötig Frequenzen bis Hz sind ausreichend für gute Sprachqualität 1.1 G.711 ITU-T Standard für Audiocodierung (1972) PCM 8 Bit Samples (USA: 7 Bit) Abtastfrequenz Hz Übertragungsbereich Hz C.2

2 1.1 G.711 (2) Logarithmische Quantisierung µ-law (Nordamerika und Japan) A-Law (Europa) Beispiel A-Law 12 Bit Samples aus der Datenquelle A/D-Wandler mit mindestens 12 Bit Codierung qx ( ) Ax = mit x 1 + loga 1 < --- A qx ( ) sgnx 1 + loga x 1 = mit --- < x < log A A A = 87,7 (oder 87,6) log ist jeweils der natürliche Logarithmus x wird angenommen zwischen 1 und 1 C G.711 (3) Tabellarische Darstellung lineare Eingabe s abcd s abcd s000001abcde s00001abcdef s0001abcdefg s001abcdefgh s01abcdefghi s1abcdefghij A-Law Ausgabe s000abcd s001abcd s010abcd s011abcd s100abcd s101abcd s110abcd s111abcd s = Vorzeichenbit (Informationsbits ohne Komplement) entspricht einer Fließkommadarstellung mit 4 Bit Mantisse und 3 Bit Exponent C.4

3 1.1 G.711 (4) Übertragung alle geraden Bits werden invertiert übertragen Achtung: ITU-T definiert Bit 0 als Wert 128, Bit 7 als Wert 1 MOS-Wert liegt bei 4,4 sehr gute Qualität Verwendung ursprünglich: ISDN heute auch: VoIP Datenrate 64 kbit/s (kontinuierlicher Datenstrom bei ISDN) ~80 kbit/s (paketierter Datenstrom bei VoIP) Datenrate für heute Verhältnisse relativ hoch (eigentlich unkomprimiert) C G.722 ITU-T Standard zur Audiocodierung (1988) ADPCM (Adaptive Differential PCM) Datenrate 64 kbit/s Frequenzband bis 7 khz Abtastrate 16 khz DPCM Differential PCM Codierung der Differenz zwischen aktuellem und vorherigem Sample ADPCM wie DPCM zusätzlich adaptive Anpassung der Quantisierungsintervalle Qualität MOS-Faktor = 4,5 C.6

4 1.2 G.722 (2) Standard G optimierte Version von G.722 erreicht vergleichbare Sprachqualität mit Datenraten von 24 kbit/s und 32 kbit/s Standard G AMR-WB (Adaptive Multi Rate Wide Band) Verfahren Datenraten zwischen 6,6 kbit/s und 23,85 kbit/s Einführung von VAD (Voice Activity Detection) Sprachpausen werden nicht übertragen interessant für paketorientierte Übertragung (z.b. Internet, Mobilfunk) Einführung von CNG (Comfort Noise Generation) Einfüllen von Hintergrundrauschen beim Empfänger zur Überbrückung von Sprachpausen hoher MOS-Wert bei den höheren Datenraten ausgewählter Standard für 3GPP (3rd Generation Partnership Project) in Mobilfunknetzen C G ITU-T Standard zur Audiocodierung (1996) Datenrate 6,3 kbit/s Frequenzband 300 Hz Hz MPC-MLQ (Multipulse LPC with Maximum Likelihood Quantization) Verfahren LPC = Linear Prediction Coding Qualität MOS-Faktor = 3,9 DTMF (Dual Tone Multi Frequency) Töne nicht übertragbar entspricht MFV (Mehrfrequenzwahlverfahren) umgangssprachlich: Touch-Tone Fax nicht mehr übertragbar relativ hoher Rechenaufwand Verzögerungszeiten zw. 60 ms und 90 ms C.8

5 1.4 G.729 ITU-T Standard zur Audiocodierung (1996) Datenrate 6,4 kbit/s, 8 kbit/s und 11,8 kbit/s Frequenzband 300 Hz Hz CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction) Qualität MOS-Faktor = 4,1 DTMF-Töne und Fax nicht mehr übertragbar geringe Verzögerung von etwa 15 ms Variante G.729a kompatibel zu G.729 aber weniger Rechenaufwand dafür etwas schlechtere Sprachqualität Einsatz hauptsächlich VoIP C.9 2 RTP Real-Time Transport Protocol (RTP) IETF Standard RFC 1889 (1996): RTP Version 1 RFC 3550 und RFC 3551 (2003): RTP Version 2 Zielsetzung Transport von Medien mit Echtzeitanforderungen z.b. Audio, Video, Sensordaten Unabhängigkeit von der darunterliegenden Transportschicht z.b. UDP, ATM Unterstützung von Unicast und Multicast Flexibilität Bereitstellung von Basisfunktionen Ansatzpunkte für anwendungsspezifische Erweiterungen C.10

6 2 RTP (2) Zielsetzung (fortges.) Identifikation von Sender und Empfänger Möglichkeit von Application Level Framing (ALF) Anwendung bestimmt Kompressionsverfahren und Codierung Synchronisation und Ausspielzeitpunkte Fehlererkennung (Verlust, Duplizierung, falsche Reihenfolge) Fehlererholung separate Kontrolle Datenübertragung und Kontrollsignalisierung unabhängig Kontrollprotokoll: RTCP (Real-Time Transport Control Procotol) keine Dienstgüteimplementierung garantiert z.b. keine Ankunftszeit Dienstgüteimplementierung außerhalb im Netz bzw. in den Endgeräten C Übertragung per RTP Paketierung (ALF) kontinuierliches Medium muss geeignet in Pakete aufgeteilt werden Profile legen teilweise Paketierung fest, z.b. RTP/AVP (Audio Video Profile) aus RFC 3551 RTP fügt einen Header von mind. 12 Byte dazu dazu kommen Header der Transportschicht und tiefer z.b. Header von UDP, Header von IP, Header von Ethernet C.12