G.726 ou ADPCM
Resumo
O avanço tecnológico e a digitalização fizeram com que novas técnicas telefônicas fossem desenvolvidas. A voz é um sinal analógico que para ser transmitida precisa ser digitalizada. A digitalização da voz pode ser feita de varias maneiras, uma delas é utilizando codecs. Codec é o nome utilizado para dispositivos (hardware ou software), codificador, decodificador e compactador de voz. Por exemplo, o G.726 (ADPCM),é um codec que usa modulação ADPCM que tem por objetivo melhorar o desempenho do PCM e DPCM, reduzindo a banda passante do sinal.
Introdução
Apesar de a técnica PCM possuir uma série de vantagens, possui uma grande desvantagem em relação a altas taxas de transmissão. Por este motivo desenvolveram-se varias técnicas de modulação ao logo dos anos, técnicas estas, que servem para aprimorar o desempenho do PCM.A codificação ADPCM, transmite sinais PCM com taxas menores, respeitando certo nível de qualidade. O G.726 é um codec de voz, operando pela norma ITU-T que trabalha em taxas em torno de 16-40 kbit/s. A forma mais comum utilizada em aplicações é de 32 kbit/s, é metade da taxa do G.711, porém aumenta a capacidade útil de sua rede em 100%. O codec G.726 com padrões ITU foi utilizado pela primeira vez em meados da década de 80. Várias adições ao seu modo padrão já foram feitas. As adições incluem modos adicionais (originalmente o G.726 trabalhava apenas com 32 kbit/s, agora trabalhando também com 40kbit/s).
Funcionamento do CODEC
Existem muitos padrões de codificadores de voz definidos pela ITU que fazem uso da técnica ADPCM. Além da redução da taxa de transmissão em relação ao PCM, o ADPCM tem como vantagem uma menor sensibilidade a erros de bit, ou seja, menor BER (Bit Error Rate).O padrão mais conhecido é o G.726, porem, não sendo o mais utilizado nos últimos anos. A figura abaixo demonstra um exemplo de codificação e decodificação usado pelo VoIP.
Processo de Codificação
O G.726 recebe o sinal vindo em PCM a 64 kbit/s na entrada do G.711, e converte-o para taxas que podem ser de 16, 24, 32, ou 40 kbit/s. Para baixas taxas como 16 kbit/s, a qualidade de som se degrada. Já para taxas maiores entre 24 a 40 kbit/s, a um ganho na sua qualidade de transmissão do sinal. Na quantização adaptativa, o intervalo de quantização varia com a amplitude das amostras passadas, ao passo que na predição adaptativa existe um ajuste do preditor linear de acordo com variações do sinal de voz e fazendo uso do cálculo dos coeficientes para que o erro seja mínimo. O quantizador adaptativo utilizado na codificação G.726 tem por objetivo quantizar a diferença entre o sinal de entrada e o sinal estimado pelo preditor adaptativo. O exemplo deste processo esta demonstrado na figura abaixo.
Processo de Decodificação
A figura abaixo ilustra o quantizador adaptativo inverso, do decodificador que tem por objetivo recuperar o sinal diferença. Após isto, o sinal amostrado é reconstruído a partir da soma do sinal diferença com o sinal estimado pelo preditor adaptativo. Assim, após reduzirmos a taxa de transmissão com o uso do ADPCM, o sinal é novamente transformado em PCM na taxa de 64 Kbps que está no padrão G.711.
Comparação com outros CODECs
Existem outros codecs que utilizam técnicas semelhantes ao G.726, como o G.727 e o G.722, e alguns distintos como o G.729. No Codec G.727 é utiliza a técnica ADPCM com codificação embutida. A codificação embutida permite eliminar alguns bits da palavra de código sem, impossibilitar a decodificação no receptor. Esse recurso é especialmente útil em aplicações tais como DCME ou PCME (Equipamento de Multiplexação de Pacotes) em situações de sobrecarga, quando existem muitos canais presentes simultaneamente. Já o Codec G.722 utiliza a técnica SB-ADPCM (Sub-Band ADPCM), que é usada para aplicações de videoconferência para codificação de voz em banda larga. A idéias básica é filtrar o sinal de voz em duas sub-bandas: de 0 a 4000 Hz e de 4000 a 8000 Hz. O sinal de entrada é amostrado inicialmente a 16 kHz sendo a freqüência de amostragem reduzida para 8 kHz na saída dos filtros. Cada banda do sinal passa por um codificador ADPCM sendo as duas bandas posteriormente multiplexadas para formar uma saída a 48, 56 ou 64 Kbps. Por outro lado o codec mais utilizado atualmente é o G.729, que possui uma boa qualidade de voz com baixa utilização de banda passante. Uma das desvantagens do G.729 é o grande esforço de processamento. Uma alternativa ao uso do CODEC G.729, é a utilização do G.726 ou G.711.
Aplicações
Uma das aplicações do codec G.726 é em equipamentos multiplicadores de circuitos digitais (DCME – Digital Circuit Multiplication Equipment) os quais aumentam a capacidade dos entroncamentos digitais usando codificação ADPCM em conjunto com interpolação digital de voz (DSI – Digital Speech Interpolation). A técnica DSI consiste no aproveitamento das pausas naturais existentes no sinal de voz para o envio de informação de outros canais. Estas pausas ocorrem quando um dos interlocutores está apenas ouvindo ou nos intervalos entre palavras. Outro exemplo seria o VoIP, onde a voz é introduzida na rede pelo microfone, gerando um sinal analógico, este sinal é convertido pelo computador em um sinal digital e codificado para transmissão via rede IP, na outra ponta o sinal passa por uma pilha IP e pelo buffer dejjiter, passando, então, pelo processo de decodificação e conversão em sinal analógico para que se torne audível.