Códecs de Banda Angosta

G.729, AMRIntegrantes:Iván GonzálezMauricio AlabuelaMauricio MedinaMarco Gáleas

Códec de Banda Angosta• Los códecs son los dispositivos que realizan la codificación y

decodificación de la voz. Pueden ser caracterizados por diferentes aspectos, entre las que se encuentran su tasa de bits (bit rates), la calidad resultante del audio codificado, su complejidad, el tipo de tecnología utilizada y el retardo que introducen, entre otros.

• Originalmente, los primeros codecs fueron diseñados para reproducir la voz en la banda de mayor energía, entre 300 Hz a 3.4 kHz. Actualmente este tipo de codecs son caracterizados como de “banda angosta” (narrowband).

Introducción• Códec de Banda Angosta.

Codec Nombre Bit rate (Kb/s) Retardo (ms)

MOS

G.711 PCM: Pulse Code Modulation

64, 56 0.125 4.4

G.729 CS-ACELP: Conjugate Structure Algebraic Codebook Excited Linear Prediction

11.8, 8, 6.4 15 4.2

AMR Adaptive Multi Rate

12.2, 10.2, 7.95, 7.40, 6.70, 5.90,

5.15, a 4.75

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Descripción general Códec G.729

• El códec CS-ACELP se basa en el modelo de codificación mediante la predicción lineal con excitación por código (CELP).

• Opera con tramas vocales de 10 ms correspondientes a 80 muestras a una velocidad de muestreo de 8000 muestras por segundo.

• En cada trama de 10 ms se analiza la señal vocal para extraer los parámetros del modelo CELP (coeficientes de filtros de predicción lineal, ganancias e índices de las tablas de códigos adaptativos y fijos).

• Los parámetros en cuestión se codifican y se transmiten.

Descripción general Códec G.729

• En el decodificador, dichos parámetros se utilizan para recuperar los parámetros de excitación y del filtro de síntesis.

• La voz se reconstruye filtrando la excitación a través del filtro de síntesis de corto plazo.

• El filtro de síntesis de corto plazo se basa en un filtro de predicción lineal (PL) de décimo orden.

• El filtro de síntesis de largo plazo o de tono se aplica mediante el método de la llamada tabla de códigos adaptativos.

• Tras calcular la señal vocal reconstruida, ésta se mejora con un postfiltrado.

Descripción general Códec G.729

Diagrama funcional del modelo conceptual de síntesis (CELP)

Principio del codificador G.729 • La señal de entrada pasa por un filtro paso alto en el bloque

de pre-procesamiento.• Se efectúa un análisis de predicción lineal (LP) para cada trama

de 10 ms con el fin de calcular los coeficientes de filtro LP.• Los parámetros de excitación (parámetros de tabla de códigos

fijos y adaptativos) se determinan para cada subtrama de 5 ms (40 muestras).

• Para la excitación de la tabla de códigos fijos se aplica una tabla de códigos algebraicos de 17 bits.

Principio del codificador G.729

Principio del decodificador G.729• Primero se extraen los índices de los parámetros a partir del

tren de bits recibido.• Los índices se decodifican para obtener los parámetros del

códec correspondientes a una trama de voz de 10 ms.• Estos parámetros son los coeficientes LSP, los dos retardos de

tono fraccionarios, los dos vectores de la tabla de códigos fijos y ambos conjuntos de ganancias de las tablas de códigos adaptativos y fijos.

• Los coeficientes LSP se interpolan y se convierten en coeficientes del filtro LP de cada subtrama.

Principio del decodificador G.729

Retardo• El códec codifica la voz y otras señales de audio con tramas de

10 ms. Se produce además un pre-análisis de 5 ms, por lo que el retardo algorítmico total es de 15 ms.

Introducción AMR• De forma similar a G.729, se basa en el modelo CELP,

operando con ventanas de audio de 20 ms correspondientes a una cantidad de 160 muestras (ya que la frecuencia de muestreo es de 8.000 muestras por segundo). Cada ventana de 20 ms es a su vez dividida en 4 sub-ventanas, de 5 ms (40 muestras) cada una.

• Por cada ventana se extraen los parámetros LP del modelo CELP (los coeficientes de los filtros LP), y por cada sub-ventana se obtienen los índices de los “codebooks” fijos y adaptivos y las ganancias. Estos parámetros se cuantizan y se transmiten dentro de una trama con un formato preestablecido en la recomendación del Códec.

Características del códec AMR• Frecuencia de muestreo 8 KHz• Tramas de voz de 20 ms cuando hay actividad, corresponden a

160 muestras. Se analizan las 160 muestras para extraer los parámetros del modelo CELP.

• Estos parámetros se codifican y se transmiten• En el decodificador se decodifican los parámetros y se genera

una voz sintetizada

Aplicaciones(G.729) VoIp• El códec G.729 es un algoritmo que comprime y descomprime los

streams de audio digital. Aplicado a la VoIP, optimiza considerablemente el ancho de banda con respecto la voz no comprimida. Esta compresión permite enrutar mayor número de llamadas por un mismo ancho de banda y permite a la voz viajar por conexiones con un ancho de banda limitado o reducido.

• G.729 incorpora mecanismos de recuperación de tramas perdidas, lo cual les hace útiles cuando la red empleada no posee una calidad de servicio garantizada, como ocurre, por ejemplo, en Internet.

Aplicaciones(G.729)• Sistemas digitales por satélite .• Otras aplicaciones como voz empaquetada y equipos con

circuitos multiplexadores.

Aplicaciones(AMR)• El codec AMR (Adaptive Multi Rate) es utilizado típicamente

en redes celulares GSM.

Referencias• Hernández Alberto (2005). Estudio y simulación de un

codificador de voz basado en la recomendación G.729 de la ITU-T (págs. 53 a 61).

• Unión Internacional de Telecomunicaciones (1996). Recomendación UIT-T G.729.(págs. 5 a 8).