کدک‌های صوتی در سیستم انتقال صوت VOIP چیست؟

کدک‌های VoIP چیست و چگونه بر کیفیت تماس تأثیر می‌گذارد؟

شبکه Voice over Internet Protocol (VoIP) نوعی شبکه است که به انتقال سیگنال‌های صوتی یا تماس‌های صوتی از طریق اینترنت کمک می‌کند.

این تماس‌های صوتی معمولاً رمزگذاری شده و از طریق یک آدرس IP ارسال می‌شوند و بالعکس.

سیستم‌های VoIP دارای مزایای بسیاری هستند. یکی از مزایای آنها این است که داده‌ها را فشرده می‌کنند تا سیگنال‌های صوتی سریع‌تر و یکپارچه‌تر منتقل شوند. اینجاست که دستگاه‌های دیجیتال معروف به کدک وارد می‌شوند. کدک‌ها به سیستم‌های دیجیتال کمک می‌کنند تا سیگنال صوتی به صورت بهینه انتقال یابد.

آنها هم کمپرسور داده و هم دیکمپرسور هستند. حجم زیادی از داده‌ها فشرده شده و از طریق پهنای باند اینترنت ارسال می‌شوند. سپس توسط کدک دیگری در انتهای گیرنده برای دسترسی به داده‌ها از حالت فشرده خارج می‌شوند.

کدک‌های VoIP چیست؟

کدک‌های VoIP فناوری‌ هستند که کیفیت، پهنای باند و فشرده‌سازی تماس‌های تلفنی VoIP را کنترل می‌کنند. آنها سیگنال‌های صوتی آنالوگ را به بسته‌های دیجیتالی فشرده تبدیل می کنند و سپس دوباره به سیگنال‌های صوتی غیرفشرده باز می‌گردانند.

انواع کدک‌های VoIP

انواع و جزئیات کدک‌های VoIP در اینجا آمده است:

G.711

در سال 1972، اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) G.711، یک کدک باند باریک را راه اندازی کرد. کدک G.711 از بیشترین پهنای باند استفاده می‌کند، اما از با کیفیت‌ترین‌هاست. کمترین پهنای باند در هر خط 96 کیلوبیت بر ثانیه است. برای اینکه فشرده سازی کمتری و کیفیت صوتی بهتری داشته باشد، به پهنای باند بین 112 یا 128 کیلوبیت بر ثانیه در هر خط نیاز دارد.

برای کیفیت صدای اچ دی، G.711 گزینه مطلوبی است. همچنین اگر سیستم VoIP شما نیاز به اتصال به شبکه تلفن سوئیچ شده عمومی(PSTN) داشته باشد نیزاین کدک گزینه مناسبی است. کدک G.711 دارای نسبت فشرده سازی 1:2 است، به این معنی که هر نمونه داده 16 بیتی به 8 بیت فشرده می‌شود. در نتیجه، در مقایسه با سایر پروتکل‌های VoIP، کیفیت صدای بهتری را ارائه می‌دهد.

کدک G.711 هزینه صدور مجوز ندارد و در یک شبکه محلی با داشتن پهنای باند بیشتری، می‌تواند عملکرد خوبی داشته باشد. این بدان معناست که می‌توانید از آن در هر محیط VoIP، بدون متحمل شدن هزینه‌های اضافی استفاده کنید.

G.722 HD

این کدک HD باند پهن در سال 1988 توسط ITU تایید شد. در مقایسه با کدک G.711، G.722 کیفیت و وضوح صدای بهتری را ارائه می دهد.

کدک G.722 از تکنولوژی مدولاسیون کد پالس با دیفرانسیل تطبیقی استفاده و در سرعت های 48، 56 و 64 کیلوبیت بر ثانیه کار می کند. G.722 کیفیت صوتی بالایی  دارد و داده‌ها را با سرعت 16 کیلوهرتز نمونه‌برداری می‌کند. در مقایسه با کدک‌ G.711، کیفیت صوتی پیشرفته‌تری را بدون تنظیمات پیچیده VoIP ارائه می‌کند. کدک G.722 یک کدک انعطاف پذیرتر از G.711 است. در بالاترین فشرده‌سازی، این کدک تنها به 32 کیلوبیت بر ثانیه در هر خط نیاز دارد. با این حال، با 128 کیلوبیت در ثانیه در هر خط، در صورت داشتن پهنای باند اضافی، کیفیت صوتی بهتری خواهید داشت.

کدک G.722 با افزودن  خطوط VoIP بیشتر، با پهنای باند یکسان برای افزایش فشرده‌سازی به خوبی کار می‌کند. 

مانند G.711، حق امتیاز این کدک منقضی شده است، به این معنی که برای استفاده رایگان است.

این کدک‌های صوتی به‌عنوان «Toll Quality» توصیف شده‌اند که مشابه کیفیت تماس شبکه تلفن سوئیچ‌شونده عمومی (PSTN) است.

G.729

کدک G.729  با استفاده از پهنای باند کم، کیفیت صدای عالی‌ای ارائه می‌دهد. این کدک همچنین نرخ فشرده سازی بالاتری نسبت به G.711 و G.722 ارائه می دهد. به همین دلیل، می توانید تماس های بیشتری از شبکه خود برقرار کنید. درواقع  صدا را در فریم‌های 80 نمونه صوتی با طول ده میلی ثانیه رمزگذاری می‌کند. کدک پس از فشرده‌سازی داده‌های صوتی در فریم‌ها، هر فریم مجزا را با فرکانس 8 کیلوهرتز کدگذاری می‌کند. اگرچه ممکن است چندین ارائه دهنده VoIP از کدک G.729 پشتیبانی نکنند، اما همچنان کیفیت صدای خوبی را ارائه می‌دهد.

هنگامی که کدک G.729 در VoIP استفاده می‌شود، می‌توانید شش فریم را در یک بسته با نرخ بیت 8Kbps ارسال کنید. تعداد فریم‌ها 6 عدد است، زیرا سربار هدر بسته‌ها 40 بایت است و تمامی اطلاعات قابل استفاده باید ارسال شوند. 

برخلاف دو کدک بالا، G.729 به هزینه مجوز نیاز دارد. با این وجود، می‌توانید سخت‌افزاری را خریداری کنید که از این کدک استفاده می‌کند و نیازی به پرداخت هزینه برای صدور مجوز ندارد.

G.723.1

کدک G.723.1 در مسابقه ITU  برای ایجاد الگوریتمی جهت برقراری  تماس‌های بالای 28.8 و لینک‌های مودم 33 کیلوبیت بر ثانیه طراحی شد.

برای کدک G.723.1، در مسابقات ITU دو نتیجه به دست آمد که به عنوان” انواع کدک” معرفی شدند. این دو نوع بر روی الگوریتم‌های جداگانه کار می‌کنند اما فریم‌های صوتی 30 میلی‌ثانیه‌ای یکسانی دارند. اولی دارای بیت ریت 6.4 کیلوبیت بر ثانیه، نرخ MOS 3.9 و فریم های کدگذاری شده 24 بایت است. دومی دارای 5.3 کیلوبیت بر ثانیه و نرخ MOS 3.7 و فریم‌های رمزگذاری شده به طول 20 بایت است.

OPUS

پلی استیشن 4، واتس اپ و دیسکورد از جمله شرکت هایی هستند که از این کدک VoIP استفاده می کنند.

OPUS از نرخ نمونه برداری از 8 کیلوهرتز تا 48 کیلوهرتز و نرخ بیت بین 6 کیلوبیت بر ثانیه تا 510 کیلوبیت بر ثانیه پشتیبانی می کند. این واقعیت باعث می شود که آن را با کاربردهای متعدد سازگارتر کند.

OPUS علاوه بر اینکه یک کدک بدون حق امتیاز است، تاخیر ارتباط بسیار کمتری دارد که برای اکثر مشاغل بسیار مهم است. این باعث می شود در سیستم های VoIP بسیار مفید باشد.

OPUS بهترین کدک VoIP برای انتقال صدای با کیفیت، با تکنیک های فشرده سازی فوق مدرن است. کدک OPUS بسیار متنوع است و می توان از آن برای صدای hi-fi و گفتار واضح استفاده کرد. کدک OPUS در ابتدا برای ارتباطات آنی تحت وب (WebRTC) ساخته شد، اما همانطور که در تلفن‌های SIP لینک دیده می‌شود، اکنون خارج از محدوده تلفن‌های مبتنی بر مرورگر است.  کدهای OPUS علاوه بر WebRTC، گزینه‌هایی برای ضبط صدا و صدای بی‌سیم نیز ارائه می‌کنند. درست است که مشکلات تاخیرهای کم  را به خوبی حل می‌کند، اما هنوز به برخی ارتقاءها با فشرده سازی صدای بدون اتلاف نیاز دارد. 

ویژگی‌های پشتیبانی شده عبارتند از:

• اجرای نقطه شناور و نقطه ثابت
• پنهان‌سازی خوب در زمان از دست دادن بسته (PLC)
• نرخ بیت، پهنای باند صدا و اندازه فریم قابل تنظیم
• فریم‌های چند جریانی تا 255 کانال
• مونو و استریو(Mono and stereo)
• سخنرانی و موسیقی
• پهنای باند صوتی از باند باریک تا باند کامل
• نرخ بیت ثابت (CBR) و نرخ بیت متغیر (VBR)
• اندازه قاب از 2.5 ms تا 60 ms

GSM 06.10

کدک GSM 06.10 که با نام GSM Full Rate نیز شناخته می‌شود، ابتدا برای شبکه‌های تلفن همراه GSM توسط موسسه استانداردهای مخابرات اروپا طراحی شد، اما اکنون در برنامه‌های VoIP منبع باز نیز استفاده می‌شود. کدک GSM 06.10 یک گزینه رایج در سیستم‌های VoIP منبع باز است و می‌توان آزادانه از آن استفاده کرد. بر روی فریم‌های صوتی 20 میلی ثانیه، یعنی 160 نمونه با هر فریم فشرده شده توسط 33 بایت کار می‌کند و نرخ بیت حاصل 13 کیلوبیت بر ثانیه است. 

البته فریم کدگذاری شده 32 و نیم بایت است و در هر فریم از 4 بیت استفاده نمی‌شود. کیفیت صدای کدک های GSM 06.10 نسبتا خوب و دارای امتیاز MOS 3.7 است.

Speex

Speex یک کدک VoIP منبع باز و آزاد (patent-free) برای فشرده سازی گفتار است. برای کار با باند باریک (8 کیلوهرتز)، باند پهن (16 کیلوهرتز) و باند فوق‌العاده(32 کیلوهرتز) طراحی شده است که محبوب‌ترین آنها 8 کیلوهرتز است. Speex به خوبی با برنامه‌های کاربردی اینترنتی سازگاری دارد و جایگزینی رایگان برای کدک‌های اختصاصی گفتاری با قیمت بالا ارائه می‌دهد. علاوه بر این، ویژگی‌های ارزشمندی را ارائه می‌کند که اکثر کدک‌های دیگر از آن استفاده نمی‌کنند، مانند کدگذاری تعبیه‌شده، کدگذاری قوی استریو و حالت متغیر نرخ‌بیت (VBR) .

فناوری Speex مبتنی بر code-Excited prediction  (CELP) است و سیگنال‌های صوتی را با نرخ بیتی از ۲ تا ۴۴ کیلوبیت بر ثانیه فشرده می‌کند.

ویژگی های Speex عبارتند از:

• رمزگذاری استریو قوی
• حذف سر و صدا
• حذف کننده اکو آکوستیک
• پورت نقطه ثابت
• انتقال ناپیوسته (DTX)
• تشخیص فعالیت صوتی (VAD)
• عملیات متغیر نرخ بیت (VBR)
• پنهان‌سازی از دست دادن بسته‌ها

Siren

Siren خانواده‌ای از کدک‌های صوتی  VoIP با باند پهن و دارای ثبت اختراعی است که توسط شرکت PictureTel مجوز گرقته و توسعه یافته است.

3کدک Siren وجود دارد:

 Siren 7، 14 و 22.

 Siren 7 و 14 دارای مجوز رایگان هستند، در حالی که Siren 22 نیاز به مجوز دارد.

Siren 7 صدای 7 کیلوهرتز، نرخ بیت 16، 24، 32 کیلوبیت بر ثانیه و فرکانس نمونه برداری 16 کیلوهرتز را ارائه می‌دهد. الگوریتم Siren 7 مشابه کدک G.722.1 است، اما فرمت‌های فشرده‌سازی داده‌ها متفاوت است.

به عنوان مثال، G.722.1 تنها نرخ بیت 24 و 32 کیلوبیت بر ثانیه را ارائه می‌دهد، در حالی که نرخ بیت Siren 7 16 کیلوبیت بر ثانیه است.

Siren 14 از صدای استریو و مونو پشتیبانی می‌کند. صدای 14 کیلوهرتز، نرخ بیت 24، 32، 48 کیلوبیت بر ثانیه برای مونو، 48، 64، 96 کیلو هرتز برای استریو و 32 کیلوهرتز را ارائه می‌دهد. الگوریتم Siren 14 از فناوری کدگذاری تبدیل، با استفاده از تبدیل مدوله شده (MLT) استفاده می‌کند. با استفاده از طول فریم‌های 20 میلی ثانیه‌ای، تاخیر الگوریتمی 40 میلی ثانیه‌ای را ارائه می‌دهد.

Siren 22 صدای 22 کیلوهرتز، فرکانس نمونه برداری 48 کیلوهرتز، نرخ بیت 64، 96، 128 کیلوبیت بر ثانیه استریو، و 32، 48، 64 کیلوبیت بر ثانیه مونو ارائه می‌دهد. یک کدک کامل با باند جدید G.719 مبتنی بر فناوری صوتی Siren 22 است.  همچنین تاخیر الگوریتمی 40 میلی‌ثانیه‌ای را با استفاده از طول فریم‌های 20 میلی‌ثانیه ارائه می‌دهد.

iLBC

کدک Internet Low Bitrate (iLBC) یک کدک گفتاری رایگان است که برای ارتباطات صوتی قوی از طریق IP مناسب است. حتی در صورت از دست دادن فریم‌ها به دلیل تاخیر بسته‌های IP، کیفیت گفتار عالی را امکان‌پذیر می‌کند. کدک iLBC دارای نرخ بیت بارگذاری 13.33 کیلوبیت بر ثانیه (طول فریم رمزگذاری 30 میلی ثانیه) و 15.20 کیلوبیت بر ثانیه (طول فریم رمزگذاری 20 میلی ثانیه) است.

ویژگی های iLBC:

• کدک بدون حق امتیاز
• پیچیدگی محاسباتی مانند G.729A
• کیفیت اساسی بالاتر از G.729A (استحکام را با  از دست دادن بسته افزایش داده است)
• نرخ بیت 13.33 کیلوبیت بر ثانیه برای اندازه فریم 30 میلی ثانیه
• نرخ بیت 15.2 کیلوبیت بر ثانیه برای اندازه فریم 20 میلی ثانیه

چگونه کدک‌های VoIP کیفیت تماس را بهبود می‌بخشند؟

 دو نوع فشرده سازی وجود دارد , یکی فشرده سازی بدون تلفات که تمامی اطلاعات بعد از بازیابی باقی می مانند و یکی فشرده سازی اتلافی یا دارای تلفات است که بخشی از اطلاعات در فرایند فشرده سازی از بین خواهد رفت.  کدک‌های VoIP  با فشرده‌سازی اتلافی کیفیت تماس را بهبود می‌بخشند. در فشرده‌سازی اتلافی، داده‌های صوتی تا حد امکان حذف می‌شوند تا داده‌ها فشرده شوند. در نتیجه، یک کدک می‌تواند داده‌های صوتی را به یک هشتم یا یک دهم اندازه اصلی کاهش دهد و همچنان صدای تماس VoIP را با کیفیت بالا ارائه دهد.

کدک‌های VoIP در انتخاب داده‌های صوتی خاص به خوبی عمل می‌کنند تا در هنگام فشرده‌سازی، کیفیت تماس را تحت تأثیر قرار ندهند. البته، همچنان باید کیفیت تماس را کنترل کنید، اما کدک‌ها مطمئناً به شما کمک می‌کنند بهترین کیفیت صدا را ارائه دهید.

محاسبه پهنای باند کدک VoIP

پهنای باند کدک های VoIP بر اساس تعداد خطوط VoIP شما محاسبه می‌شود. به همین دلیل مهم است که بدانید از کدام کدک VoIP استفاده می‌کنید ضمن اینکه در هر خط به دو کانال نیاز دارید.

سوالات متداول کدک‌های VoiP

1.بهترین کدک برای VoIP چیست؟

اگرچه این می‌تواند به نیازهای خاص شما بستگی داشته باشد، کدک G.729 رایج‌ترین کدک IP صوتی است. این به این دلیل است که تعادل عالی بین کیفیت صدا و پهنای باند کم مورد نیاز را فراهم می‌کند.

2.کدک‌ها در VoIP چیست؟

آنها هم کمپرسور داده و هم کمپرسورهایی هستند که به انتقال داده های صوتی کمک می‌کنند. کدک‌های VoIP عبارتند از: G.711، G.722 HD، G.729، G.723.1، OPUS، GSM 06.10، Speex، Siren و iLBC.

3.بین G711 و G729 کدام کدک بهتر است؟

G711 صدایی با کیفیت بالا فشرده نشده ارائه می‌دهد اما از پهنای باند زیادی استفاده می‌کند. G729 از پهنای باند کمتری استفاده می‌کند اما به قیمت کمی کیفیت صدا که برای اکثر تماس‌ها به اندازه کافی خوب است.

4.آیا g722 یک کدک HD است؟

بله. وقتی صحبت از HD به میان می‌آید، G.722 می‌تواند دو برابر کیفیت یک جلسه تلفن G.711 را با همان پهنای باند ارائه دهد. صدا را با فرکانس 7 کیلوهرتز و نرخ نمونه برداری 16 کیلوهرتز ضبط می‌کند.

خلاصه و نکات مهم

هر کدک VoIP مزایا و معایب خود را دارد. به عنوان مثال، در حالی که برخی از آنها کیفیت صوتی بهتری دارند، برخی دیگر فشرده‌سازی داده‌ها را در اولویت قرار می‌دهند. قبل از سرمایه‌گذاری در یک کدک VoIP، ارزیابی کنید و مطمئن شوید که اهداف تجاری خاص شما را برای عملکرد بهینه برآورده می‌کند.

• کدک‌های VoIP همه یک هدف دارند – فشرده‌سازی داده‌ها و انتقال سریع آن‌ها.
• تفاوت کدک‌های VoIP در نحوه فشرده‌سازی صدا است.
• عاقلانه است که از 100 درصد کل پهنای باند خود استفاده نکنید. در عوض، فضایی را برای واریانس در عملکرد شبکه بگذارید.

کدک‌های VoIP هنگام استفاده از سیستم تلفن VoIP می‌توانند تأثیر قابل‌توجهی بر کیفیت تماس و پهنای باند داشته باشند و هر کدک مجموعه‌ای از مزایا و معایب خاص خود را دارد. بنابراین، شما باید یک مورد مناسب را برای نیازها و نیازهای خاص خود انتخاب کنید.

امیدواریم این پست به توضیح بیشتر کدک ها و مزایا و معایب آنها کمک کند.