VoIP - přenos hlasu

Komunikační standardy jsou již delší dobu formovány snahou o vytváření sítí s integrovanými službami, které jsou schopny nad jedinou infrastrukturou přenášet data, hlas nebo video.

Tyto aplikace kladou na síť protichůdné požadavky. Datový přenos je charakteristický proměnnými nároky na šířku pásma a na spolehlivost spojení. Hlas a video naproti tomu požadují relativně konstantní pásmo a garantovanou dobu doručení, částečná ztráta informace do určité míry není důležitá a lze ji kompenzovat různými opravnými metodami.

Těmto parametrům je přizpůsobena i konstrukce příslušných sítí. V datových je ponechána každému možnost maximálně využít dostupné pásmo. Tím je kapacita linek efektivně využita, nelze ale zaručit, kdy data dorazí k cíli a zda se jim to vůbec podaří. V telefonních sítích se naproti tomu pro každý hovor pásmo rezervuje a to bez ohledu na to, zda se na lince něco přenáší (obvykle např. mluví pouze jeden z účastníků). Je tak sice zaručena doba doručení, ale pásmo se nevyužívá efektivně.

Alternativou ke klasické telefonii, založené na použití sítí s přepojováním okruhů, jsou řešení využívající k přenosu digitalizovaného hlasu, sítě určené původně pro přenos dat a fungující na paketovém principu. Patří sem zejména tzv. IP telefonie (internetová telefonie) a techniky souborně označované jako VoIP (Voice over IP).

IP telefonie je definována jako telefonní aplikace, provozovaná na paketově přepínaných datových sítích prostřednictvím IP. V IP telefonii v současnosti používaný algoritmus komprese hlasu přenáší hlas jen v části vlnového pásma a zvyšuje efektivnost osmkrát nebo i vícekrát.

V případě, že chceme na jedné sítí přenášet jak data, tak i hlas, musí být síť schopna chovat se jak efektivně k šířce pásma, tak i garantovat dobu doručení a možnost si pásmo rezervovat. Jinak řečeno, síť musí poskytovat QoS - služby se zaručenou kvalitou.

Integrace služeb bývá spojována s pojmy jako je ATM (Asynchronous Transfer Mode) nebo ISDN (Integrated Services Digital Network). Velmi dobře jí lze ale dosáhnout i na síti založené na protokolu TCP/IP. V současné době je standardizována jak technologie pro efektivní přenos hlasu po IP, tak i podpora QoS v IP síti.

Při běžném přenosu hlasu po digitální síti se provádí pouze digitalizace signálu pomocí PCM (Pulse Code Modulation). Vzorkovací frekvence je 8 kHz a vzorek je kódován 8 bity, využívá se tak konstantní pásmo 64 kbit/s.

Pro přenos po IP je důležité využít pásmo v maximální možné míře, používají se tedy jednak vzorkovací algoritmy využívající povahu hlasového signálu (např. ADPCM) a různé kompresní metody. Při zpracování kódování hlasu dle standardu G.723.1 pak stačí 5,3 kbit/s nebo 6,4 kbit/s, standard G.729 využívá 8 kbit/s. Komprese je důležitá i pro odstranění vlivu proměnné prodlevy při přenosu po síti.

Používané algoritmy vyžadují značný procesorový výkon. V praxi postačí pro malé řešení procesor hostujícího počítače, pro větší systémy (např. s přímým připojením na E1) se používají signálové procesory. Kromě běžného zpracování signálu je ještě řešeno potlačení ticha (silence suppression), detekce tónové volby (DTMF detection) a potlačení echa (echo cancelation).

Telefonní sítě představují masivní infrastrukturu, do níž operátoři investovali a neustále investují velké množství prostředků. Telefonní sítě jsou spolehlivé, stabilní, založené na mezinárodních telekomunikačních standardech.

Můžeme tedy oprávněně tvrdit, že pro rozvoj technologie VoIP, a tedy i IP telefonie jako aplikace VoIP, je zásadní propojení s telefonními sítěmi. Při propojení nejde jen o přenos telefonního hovoru. Je třeba zajistit přenos dalších signalizačních informací, které s hovorem úzce souvisejí. Roli prostředníka na sebe berou zařízení jako gateway, gatekeeper a brána SS7 (Signalizační systém č.7.).