Введение

В настоящий момент Интернет – глобальная компьютерная сеть, своеобразная сеть сетей, подобна мировому океану информации, однако не стихийной, а структурированной и упорядоченной, подчиняющаяся самым передовым в мире законам и нормам информационного права, являющаяся самой демократичной и доступной практически каждому жителю Земли. Интернет, вместе со своими меньшими братьями (корпоративными сетями) Интранет, давно и уверенно трансформируется в направлении от элитарной коммуникационной среды для обмена данными среди ученых и специалистов к прообразу мировой коммуникационной мультимедийной супермагистрали, одинаково пригодной в качестве среды для множества видов профессиональной деятельности и бизнес- применений, включая такие виды массового обслуживания, как торговля, информационная и развлекательная индустрия, средства массовой информации.
Разработчики аппаратно-программных приложений к ПЭВМ давно уже прошли этап освоения мультимедиа-функций для отдельно стоящих персональных компьютеров и компьютеров в локальных вычислительных сетях. Теперь многие сосредоточили свои усилия на передаче аудио- и видеоданных в режиме реального времени в компьютерных сетях. Если объединенные усилия увенчаются успехом, то Интернет станет привычной и повседневной рабочей средой для не только для телефонии и видеоконференций, но и для радио- и телевизионного вещания, причем такие традиционные вещательные проблемы как сложный рельеф местности или расстояние от студии до слушателей и зрителей, так же как нехватка эфирных частот в больших городах и промышленно развитых странах, могут просто перестать быть значимыми, причем даже быстрее, чем кажется.

Протокол передачи данных TCP/IP

Сеть Интернет, являющаяся сетью сетей и объединяющая громадное количество различных локальных, региональных и корпоративных сетей, функционирует и развивается благодаря использованию единого протокола передачи данных TCP/IP. Термин TCP/IP включает название двух протоколов:
• Transmission Control Protocol (TCP) - транспортный протокол;
• Internet Protocol (IP) - протокол маршрутизации.
Протокол маршрутизации. Протокол IP обеспечивает передачу информации между компьютерами сети. Рассмотрим работу данного протокола по аналогии с передачей информации с помощью обычной почты. Для того чтобы письмо дошло по назначению, на конверте указывается адрес получателя (кому письмо) и адрес отправителя (от кого письмо).
Аналогично передаваемая по сети информация "упаковывается в конверт", на котором "пишутся" IP-адреса компьютеров получателя и отправителя, например "Кому: 198.78.213.185", "От кого: 193.124.5.33". Содержимое конверта на компьютерном языке называется IP-пакетом и представляет собой набор байтов.
В процессе пересылки обыкновенных писем они сначала доставляются на ближайшее к отправителю почтовое отделение, а затем передаются по цепочке почтовых отделений на ближайшее к получателю почтовое отделение. На промежуточных почтовых отделениях письма сортируются, то есть определяется, на какое следующее почтовое отделение необходимо отправить то или иное письмо.
IP-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Интернета, на которых производится операция маршрутизации. В результате маршрутизации IP-пакеты направляются от одного сервера Интернета к другому, постепенно приближаясь к компьютеру-получателю.
Internet Protocol (IP) обеспечивает маршрутизацию IP-пакетов, то есть доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю.
Определение маршрута прохождения информации. "География" Интернета существенно отличается от привычной нам географии. Скорость получения информации зависит не от удаленности Web-сервера, а от количества промежуточных серверов и качества линий связи (их пропускной способности), по которым передается информация от узла к узлу.
С маршрутом прохождения информации в Интернете можно познакомиться достаточно просто. Специальная программа tracert.exe, которая входит в состав Windows, позволяет проследить, через какие серверы и с какой задержкой передается информация с выбранного сервера Интернет на ваш компьютер.
Проследим, как реализуется доступ к информации в "московской" части Интернета к одному из наиболее популярных поисковых серверов российского Интернета www.rambler.ru.
Трассировка маршрута передачи информации показывает, что сервер www.rambler.ru находится от нас на "расстоянии" 7 переходов, т. е. информация передается через шесть промежуточных серверов Интернета (через серверы московских провайдеров МТУ-Информ и Демос). Скорость передачи информации между узлами достаточно высока, на один "переход" тратится от 126 до 138 мс.
Определение времени обмена IP-пакетами. Время обмена IP-пакетами между локальным компьютером и сервером Интернета можно определить с помощью утилиты ping, которая входит в состав операционной системы Windows. Утилита посылает четыре IP-пакета по указанному адресу и показывает суммарное время передачи и приема для каждого пакета.

Передача звука в реальном времени

Компания Progressive Networks разработала расширение языка HTML для прослушивания звуковых файлов с помощью системы RealAudio, состоящей из сервера, где хранятся звуковые файлы в гипертекстовом формате, и "проигрывателя", встраиваемого в программу просмотра. Щелчком мыши по значку звуковой связи на Web-странице пользователь инициирует непрерывную передачу пакетов информации с сервера по сети Интернет. "Проигрыватель" системы RealAudio вместе со звуковой картой персонального компьютера превращает этот поток данных в звук. Как и многие другие компании, Progressive Networks ориентирует систему
RealAudio на использование модемов со скоростью передачи 14,4 или 28,8
Кбит/с, которые установлены у большинства пользователей. Звуковая информация при этом пересылается сервером в виде непрерывного потока по протоколу транспортного уровня с доставкой данных без предварительного установления соединения User Datagram Protocol (UDP). Данные по упрощенному протоколу UDP передаются с большей скоростью, так как нет механизма повторной передачи, который протокол TCP использует для предотвращения потери части данных. В результате можно лишиться около 20% (в худшем случае) исходящих пакетов, что не всегда приводит к снижению качества, поскольку существующие алгоритмы обработки звукового сигнала довольно точно восстанавливают оригинал при потере части данных.
Специалисты предсказывают дальнейшее повышение качества звука по мере совершенствования ПЭВМ. В настоящий момент при пересылке звукоданных через модемы на скорости 14,4 Кбит/с обеспечивается качество звучания, как у радиоприемников с амплитудной модуляцией (АМ-качество). Однако при увеличении скорости передачи до 28,8 Кбит/с можно добиться качества звучания радиоприемников с частотной модуляцией (ЧМ-качество). В общем, перспектива получения качественного звука с помощью микросхем обработки цифровых сигналов, расположенных на звуковой плате или в модеме, выглядит весьма привлекательно.

Компьютерная телефония

Самой заметной из последних новинок звуковых коммуникаций в Интернет является ПО, позволяющее географически удаленным пользователям устанавливать телефонную связь через Интернет и платить за нее намного меньше, чем за такой же звонок по обычным телефонным линиям. Попросту говоря, шлюз способен соединить обыкновенный телефон с сетью Интернет. Но данные могут поступать и из других источников. В теории ограничений на способ связи нет: вы можете воспользоваться компьютером (если общаются два компьютера, иногда можно обойтись вовсе без шлюза), обыкновенным телефоном, радиопередатчиком, и т.п.
В общем виде схема связи выглядит так:
Абонент 1 - локальная телефонная сеть 1 - шлюз 1 - Интернет - шлюз 2
- локальная телефонная сеть 2 - Абонент 2.
Ключевым элементом интернет-телефонии является связка шлюз –
Интернет. Шлюз представляет собой компьютер-сервер, дополненный специальными платами расширения и соответствующим программным обеспечением.
Он служит интерфейсом между передающим звук устройством пользователя
(телефоном, компьютером и т.п.) и сетью Интернет. Шлюз обеспечивает прием и преобразование данных в форму, удобную для пересылки по Сети (и обратное преобразование). Абоненту всего лишь нужно связаться с ним тем или иным способом. Шлюз, имеющий выход в Интернет, передаст по Сети данные на другой такой же шлюз, ближайший к абоненту номер 2, после чего, претерпев обратное преобразование, звук достигнет цели своего путешествия.
Но, какое влияние оказывает сеть Интернет на звуковой сигнал?
Рассмотрим варианты использования интернет-телефона и оценим воздействие
Сети в различных случаях.
1) Компьютер - компьютер
Два компьютера, подключенные к сети Интернет, могут общаться без посредников. Из общей схемы исчезнет шлюз, поскольку необходимость преобразования сигнала отпала (если быть более точным, в качестве шлюза выступает некая программа - интернет-телефон, запущенная на обоих компьютерах). Данные сразу передаются по стандартным протоколам Интернета, поэтому помехи проникнуть в пакет данных не могут. Единственное негативное воздействие помех – задержка пакетов. Неудивительно, что именно задержки являются главной проблемой интернет-телефонии. Причин их возникновения несколько. Одни связаны с принципом построения сетей TCP/IP и особенностями коммутации пакетов, другие зависят от общей загрузки сети, качества линии связи и скорости модема. Если задержка превышает 250 миллисекунд, она становится заметной. Поскольку программа не контролирует контекст передаваемого разговора, паузы вклиниваются в беседу случайным образом – чаще на полуслове. Окончание слова возникает в наушниках или колонках после секундного затишья. Повлиять на качество звука можно, лишь купив более быстрый модем и выбрав провайдера с мощными каналами связи.
2) Телефон - телефон
Звонок по такой схеме внешне мало,чем отличается от обычного телефонного.
Последовательность действий такова: сначала набирается телефонный номер ближайшего шлюза интернет-телефонии (предварительно нужно подписаться на его услуги); затем после переключения телефонного аппарата в тоновый режим, набирается номер абонента; вводится идентификационный номер – и далее следует разговор Счет за разговор через сеть Интернет окажется значительно меньше (иногда на порядок) счета за идентичный по времени разговор по традиционному междугородному телефону.
Для связи в режиме телефон - телефон не нужен ни компьютер, ни модем
(подключение к сети Интернет и связанные с этим расходы тоже не потребуются). До шлюза сигнал передается как и обычные телефонные звонки.
При этом в него (как и в любой другой телефонный сигнал) могут примешаться помехи. На уровень задержек, а следовательно, на комфортность и качество разговора в режиме телефон – телефон влияние оказывают лишь пропускная способность линий связи провайдера интернет-телефонии и загруженность сети
Интернет на маршруте следования пакетов. В настоящий момент, технологически проблема качества звука решается путем оптимизации задержек на пути следования сигнала. Из нескольких возможных система выбирается наименее загруженные маршруты; где это допустимо, повышается приоритет голосовых пакетов. Кроме того, ни под каким видом не допускается перегрузка собственных каналов традиционным трафиком. За счет этих мер паузы в разговоре удается сделать практически незаметными даже в часы максимальной загрузки.
Претендуя на полноценный сервис, фирма, предлагающая услуги интернет- телефонии, обязана обеспечить своим клиентам возможность позвонить на любой телефон мира. Причем для этого совсем не обязательно создавать большое количество шлюзов повсеместно, Интернет позволяет провайдерам интернет- телефонии обмениваться трафиком, пере адресуя звонки друг другу.
Если в непосредственной близости от абонента шлюза все-таки не оказалось, звонок отправляется по обычным телефонным маршрутам. Однако и в этом случае его стоимость оказывается существенно ниже стоимости прямой телефонной связи.
3) Компьютер - телефон (телефон - компьютер)
Установив на свой компьютер программу интернет-телефонии, пользователь не утратите возможности связаться с не владеющим компьютером человеком. Напротив, компьютер существенно расширит возможности связи и облегчит дозвон. Чтобы в полной мере использовать возможности интернет- телефона, необходимо подписаться на услуги провайдера интернет-телефонии.
Виртуальный офис
С помощью интернет-телефонии можно организовать "виртуальный офис", связав через сеть Интернет представительства фирмы в разных городах.
Достаточно поместить в компьютеры специальные платы расширения (например,
Dialogic), превратив их тем самым в шлюзы, установить программное обеспечение VocalTec и подключиться к Интернету. Стоимость звонка в этом случае окажется эквивалентной лишь сумме, выплачиваемой провайдеру за пользование Интернетом. Кому бы то ни было платить за международную/междугородную связь уже не придется. Телефонной связью можно оснастить даже веб-страницу. Пользователь щелкнет по ссылке и получит возможность поговорить, например, с оператором службы поддержки вашей фирмы. Нужно сказать, что подобный сервис доступен только посетителям, имеющим на своем компьютере программу интернет-телефонии или подключаемый модуль (plug-in) к броузеру.1

Интернет-телефония в России

На сегодняшний день существует довольно много программ для голосового общения в Сети. К сожалению, не все друг с другом совместимы. Несмотря на то, что существует общий стандарт, основанный на рекомендациях Н.323 ITU
(International Telecommunications Union), большинство разработчиков, хотя и включают его в новые версии программ, предпочтение отдают собственным протоколам передачи и сжатия данных. Наверное, главным "монстром" интернет-телефонии является Internet Phone фирмы VocalTec. Internet Phone сохраняет очень хорошее качество звука даже при скорости 14 400, имеет многолюдные чат-серверы и серверы конференций.
Компания VocalTec, нацеливаясь на наиболее емкий сегмент рынка, оптимизировала пакет Internet Phone для работы с модемами V.32bis со скоростью передачи 33.6 Кбит/с, число которых, по данным корпорации IDC, к концу 2000 г. вырастет до 80 млн. Одновременно продолжается совершенствование алгоритмов восстановления потерянных пакетов для повышения качества воспроизведения речи. А внедрение модемов со скоростью передачи 56.6 Кбит/с позволяет передавать речь и одновременно работать с другими приложениями Интернет.
Другие программы по своим функциональным возможностям стоят на несколько ступенек ниже, однако, и они иногда демонстрируют неплохие результаты. Можно отметить, наверное, первую отечественную разработку, интернет-телефон Easy Talk фирмы AMSD. Программа максимально приспособлена к российским проблемам телефонных линий. Вы можете услышать голос собеседника даже при скорости передачи данных 2400! Причем программа автоматически отслеживает изменения в линии, при необходимости снижая или повышая качество звука. Для свободного общения организован чат-сервер. В ближайшее время планируется создать шлюз в городскую телефонную сеть.
Из систем, хорошо работающих на низких скоростях, определенный интерес может представлять программа Free Tell. Она привлекает, прежде всего, маленьким размером (около 300 кб) и неплохим качеством звука.
Немаловажно и то, что программа распространяется бесплатно.
Нельзя не упомянуть еще одного лидера в области услуг связи компьютер- телефон, фирму Net2Phone. Сетью телефонных серверов Net2Phone (сравнимой с сетью Delta Three) охвачены практически все мало-мальски развитые регионы.
Система позволяет пользователям сети Интернет звонить на обычный телефон, не отходя от компьютера (и только так: в режиме телефон-телефон система не функционирует). У программы Net2phone удивительно хорошее качество звука даже на медленных линиях. В этом легко убедиться, загрузив последнюю версию программы. Она позволяет бесплатно звонить на телефонные номера, начинающиеся с 800 и 888 - бесплатные американские и европейские номера (ими, как правило, оснащены службы поддержки крупных компаний). Перед началом работы с программой нужно зарегистрироваться на сервере и выбрать себе идентификационный код. Однако если вы захотите получить возможность звонить на любой другой, кроме 800-ых, телефонный номер, вам придется открыть собственный счет (или приобрести дебетную карту), с которого и будут взиматься деньги за каждую минуту разговора.

Форматы передачи звукоданных

Как уже стало понятно из вышеизложенного звук сегодня является действительно неотъемлемым элементом мультимедийных домашних страниц в
Интернет. Современные звуковые технологии в Интернет ориентированы на решение самых разнообразных задач – от вещательной передачи звуковых фрагментов в реальном масштабе времени до традиционных систем с растянутой во времени загрузкой файлов и последующим их воспроизведением, причем применяются для этого самые различные форматы передачи звукоданных.
Сегодня в распоряжении пользователей целый ряд стандартных форматов звуковых файлов:
WAV (от waveform - форма сигнала), или просто wave-файлы. Это наиболее распространенный формат звукоданных в компьютерах на платформе
IBM/Windows. (При наличии соответствующего программного обеспечения можно воспроизводить WAV-файлы на персональных компьютерах платформы Macintosh и других системах);
AU (Sparc-аудио) является одним из самых старых звуковых форматов для
Интернет и средства его воспроизведения разработаны практически для всех компьютерных платформ;
AIFF (Audio Interchange Format) - формат обмена звуковой информацией, особенно распространенный на платформе Macintosh. Он широко применяется в мультимедиа- приложениях, но не является общепринятым в Web;
MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - интерфейс электронных музыкальных инструментов. Данный формат представляет не оцифрованный звук, а ноты и другую информацию, с помощью которой можно затем синтезировать музыку. Формат MIDI имеет широкую поддержку и позволяет получить компактные файлы, но в Интернет полезен лишь для ограниченного класса приложений;
MPEG - (Moution Picture Enhancing Group) стандартизованное в ИСО
(стандарты 11172-3 и 13818-3) семейство форматов различного уровня сложности с гибкими возможностями сжатия аудио- и видеоданных.
В то же время MPEG еще не настолько распространен, как многие привыкли считать, и разработка и стандартизация MPEG еще не завершена (сейчас готовится новый стандарт MPEG-4). И, несмотря на хорошее качество и высокую эффективность передачи, аппаратно-программные средства кодирования и декодирования MPEG пока не так уж распространены.
Звуковые файлы форматов AU и WAV воспроизводятся вспомогательными приложениями и интегрируемыми модулями, но собственная поддержка данных форматов в пользовательских программах-браузерах (навигаторах) по Интернет, наиболее распространенных сегодня - Netscape 3.0 и Internet Explorer 3.0 отсутствует. Качество воспроизведения формата WAV не настолько хорошее, как можно было бы ожидать от файлов такого размера. MIDI-файлы могут аппаратно воспроизводиться звуковыми картами персональных компьютеров (такими, например, как SoundBlaster) и по качеству напоминают мелодии, издаваемые простым электромузыкальным клавишным инструментом.
Если необходим звук профессионального качества при высоком уровне уплотнения, то единственным выбором является формат MPEG. Он дает приемлемые результаты и в тех случаях, когда очень хорошее качество необязательно, однако такой недостаток программного обеспечения для его воспроизведения, как реализация только в виде вспомогательных приложений, а не интегрируемых модулей или собственных средств браузеров, нередко заставляет отдавать предпочтение другим форматам.
Хотя в общем случае при загрузке и воспроизведении звуковых файлов через Интернет следует придерживаться стандартных форматов, один патентованный формат заслуживает особого упоминания. Это RapidTransit фирмы
FastMan. В нем используется схема адаптивного уплотнения волнового сигнала.
Например, 30-секундный музыкальный фрагмент "Hootie and the Blowfish" такого же качества, какое достигается воспроизведением записи с компакт- диска, в неуплотненном виде занимает объем 2,69 Мбайт, а после сжатия в формате RapidTransit - всего 90 Кбайт. Патентованные форматы предлагают то, чего не хватает многим "стандартным" форматам цифрового звука, а именно возможности организации непрерывного потока данных (т.е. передачи в реальном масштабе времени). Потоковые звукоданные не требуют дискового пространства и допускают произвольный доступ к любому месту звукового файла.
Между тем у поточных звукоданных есть несколько потенциальных недостатков.
Во-первых, чтобы в достаточной мере сжать звукоданные для поточновой передачи, приходится жертвовать качеством звукопередачи. Во-вторых, сами протоколы Интернет не приспособлены к непрерывному поточному обмену.
Каждый, кому в течение какого-то времени приходилось работать с Интернет, без сомнения, сталкивался с периодически возникающими задержками.
RealAudio - звук "в реальном времени"
Впервые практическая передача звука через Интернет в непрерывном поточном режиме была реализована в разработках фирмы Progressive Networks.
На ее узле RealAudio для пересылки непрерывных звукоданных вспомогательному приложению браузера, интегрируемому модулю Netscape (Shockwave Xtra) или элементу управления ActiveX используется специальный программный сервер.
Благодаря наличию средств воспроизведения на всех основных компьютерных платформах RealAudio является сегодня наиболее распространенным форматом непрерывной передачи звукоданных в Интернет.
Формат передачи звукоданных RealAudio (*.ra) сегодня самый популярный в Интернет, его используют большинство крупных звуковых служб и звуковых серверов, в Интернет. В настоящее время, несмотря на значительную конкуренцию и архитектурные ограничения, формат RealAudio доминирует на рынке звуковых средств в Интернет.
"Бессерверные" методы звукопередачи в Интернет
Многие фирмы, которые хотели бы сделать доступной через Интернет звуковую информацию ограниченного объема, не могут позволить себе выделить для этого специальный сервер. К счастью, существует ряд решений, позволяющих использовать для этого уже имеющийся Web-сервер. Одним из наиболее рациональных вариантов реализации звуковой поддержки домашних страниц в Интернет является технология TrueSpeech компании DSPG.
Алгоритм кодирования звукоданных TrueSpeech создает достаточно компактные файлы, что позволяет передавать непрерывные звукоданные на линиях с пропускной способностью 14,4 Кбит/с, сохраняя при этом такое же качество, как RealAudio. При небольшой буферизации TrueSpeech способна передавать поток интегрируемому модулю или вспомогательному приложению, функционирующим в программной среде Macintosh или Windows.
Среди других популярных "бессерверных" аудиотехнологий можно упомянуть лишь формат ToolVox фирмы Voxware. Предлагая впечатляющий алгоритм работы, способный сжимать звуковые файлы с коэффициентом 53:1,
ToolVox реализует непрерывную звукопередачу даже для пользователей
Интернет, работающих на линиях с пропускной способностью 2400 бит/с. Однако такое чудо возможно лишь для низкокачественной передачи речи. Как сообщает фирма-разработчик в своей документации, Voxware не подходит для музыки и даже на речи иногда дает неудовлетворительные результаты.
На фоне отвлеченных споров о будущем Интернет, о протоколах и стандартах, призванных обеспечить внедрение новейших технологий, отрадно наблюдать, как одна из них – передача звукоданных – развивается практически. Причем в данном конкретном случае понятно назначение информации и известны ее потребители. Разработанные звуковые технологии масштабируемы, опираются на уже существующие стандарты и готовы к переносу в более скоростные сети, как только те станут реальностью. Тогда по сети будут передаваться звуковые потоки с качеством CD и без всяких перерывов.

IP-телефония

VoIP (Voice-over-IP) - IP-телефония - система связи, при которой аналоговый звуковой сигнал от одного абонента дискретизируется (кодируется в цифровой) вид, компрессируется и пересылается по цифровым каналам связи до второго абонента, где производится обратная операция - декомпрессия, декодирование и воспроизведение аналогового сигнала. Возможность передачи голосовых сообщений через сеть с пакетной коммутацией впервые была реализована в 1993 году. Данная технология получила название VoIP (Voice over IP). Одним из частных приложений данной технологии является IP-телефония - услуга по передаче телефонных разговоров абонентов по протоколу IP.
Основными преимуществами технологии VoIP является сокращение требуемой полосы пропускания, что обеспечивается учётом статистических характеристик речевого трафика:
• блокировкой передачи пауз (диалоговых, слоговых, смысловых и др.), которые могут составлять до 40-50 % времени занятия канала передачи;
• высокой избыточностью речевого сигнала и его сжатием (без потери качества восстановления) до уровня 20-40 % исходного сигнала.
С другой стороны трафик VoIP критичен к задержкам пакетов в сети, но обладает толерантностью (устойчивостью) к потерям отдельных пакетов. Так потеря до 5 % пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи. В соответствии с этим при передаче телефонного трафика по технологии VoIP должны учитываться жёсткие требования рек. ISO 9000 к качеству услуг, характеризующие качество установления соединения и качество соединения. Основным показателем качества в первом случае является время установления соединения. Во втором случае показателями качества являются сквозные (воспринимаемые пользователем) задержки и качество воспринимаемой речи. В связи с указанными аспектами уровень QoS можно соотнести с одним из четырёх классов.
В результате для обеспечения требований QoS при передаче телефонного трафика по технологии VoIP (особенно в условиях ограниченной пропускной способности сети, характерной для сетей специальной связи) необходимо использовать ряд дополнительных механизмов, не существующих в классических IP-сетях. К этим механизмам относятся:
• использование специфических вокодеров;
• уменьшение задержек при передаче пакетов по сети;
• использование специализированных декодеров, устойчивых к потерям пакетов.

Кодирование речевой информации

Источником информационных данных является речевой сигнал, возможной моделью которого является нестационарный случайный процесс. В первом приближении можно выделить следующие типы сигнальных фрагментов: вокализированные, невокализированные, переходные и паузы. При передаче речи в цифровой форме каждый тип сигнала при одной и той же длительности и одинаковом качестве требует различного числа бит для кодирования и передачи. Следовательно, скорость передачи разных типов сигнала также может быть различной, что обусловливает применение кодеков с переменной скоростью. В результате передача речевых данных в каждом направлении дуплексного канала рассматривается как передача асинхронных логически самостоятельных фрагментов цифровых последовательностей (транзакций) с датаграммной синхронизацией внутри транзакции, наполненной блоками различной длины. В основе кодека речи с переменной скоростью лежит классификатор входного сигнала, определяющий степень его информативности и, таким образом, задающий метод кодирования и скорость передачи речевых данных. Наиболее простым классификатором речевого сигнала является Voice Activity Detector (VAD), который выделяет во входном речевом сигнале активную речь и паузы. При этом, фрагменты сигнала, классифицируемые как активная речь, кодируются каким-либо из известных алгоритмов (как правило, на базе метода Code Excited Linear Prediction - CELP) с базовой скоростью 4-8 кбит/с. Фрагменты, классифицированные как паузы, кодируются и передаются с низкой скоростью порядка 0.1 - 0.2 Кбит/с, либо не передаются вообще. При этом передача минимальной информации о фрагментах пауз предпочтительна. Данная стратегия позволяет оптимизировать скорость кодирования до 2-4 кбит/с при достаточном качестве синтезируемой речи. При этом для особо критичных фрагментов речевого сигнала выделяется большая скорость передачи, для менее ответственных - меньшая. Вместе с тем необходимо отметить, что вокодер вносит дополнительную задержку порядка 15-45 мс, возникающую по следующим причинам:
• использование буфера для накопления сигнала и учёта статистики последующих отсчётов (алгоритмическая задержка);
• математические преобразования, выполняемые над речевым сигналом, требуют процессорного времени (вычислительная задержка).
Данную задержку необходимо учитывать при расчёте сквозных задержек. Проведённый в различных исследовательских группах анализ качества передачи речевых данных через сеть Интернет показывает, что основным источником возникновения искажений, снижения качества и разборчивости синтезированной речи является прерывание потока речевых данных, вызванное:
• потерями пакетов при передачи по сети связи;
• превышением допустимого времени доставки пакета с речевыми данными.
Это требует решения задачи оптимизации задержек в сети и создание алгоритмов компрессии речи устойчивых к потерям пакетов (восстановления потерянных пакетов).
Кодеки
Проприетарные:
• G.728
Гибридный кодек, описанный в рекомендации G.728 в 1992 г, относится к категории LD-CELP – Low Delay - Code Excited Linear Prediction – Кодек с управляемым кодом линейным предсказанием и малой задержкой. Кодек обеспечивает скорость преобразования 16 Кбит/с, вносит задержку при кодировании от 3 до 5 мс и предназначен для использования в системах видеоконференций. В устройствах IP-телефонии данный кодек применяется достаточно редко.
• G.729
Семейство включает кодеки G.729, G.729 Annex А, G.729 Annex B (содержит VAD и генератор комфортного шума). Кодеки G.729 сокращенно называют CS-ACELP Conjugate Structure - Algebraic Code Excited Linear Prediction – Сопряжённая структура с управляемым алгебраическим кодом линейным предсказанием. Процесс преобразования использует 21,5 MIPS и вносит задержку 15 мс. Скорость кодированного речевого сигнала составляет 8 Кбит/с. В устройствах VoIP данный кодек занимает лидирующее положение, обеспечивая наилучшее качество кодирования речевой информации при достаточно высокой компрессии.
• G.723.1
Рекомендация G.723.1 описывает гибридные кодеки, использующие технологию кодирования речевой информации, сокращённо называемую – MP-MLQ (Multy-Pulse – Multy Level Quantization – Множественная Импульсная, Многоуровневая Квантизация), данные кодеки можно охарактеризовать, как комбинацию АЦП/ЦАП и вокодера. Как уже упоминалось выше, своим возникновением гибридные кодеки обязаны системам мобильной связи. Применение вокодера позволяет снизить скорость передачи данных в канале, что принципиально важно для эффективного использования как радиотракта, так и IP-канала. Основной принцип работы вокодера – синтез исходного речевого сигнала посредством адаптивной замены его гармонических составляющих соответствующим набором частотных фонем и согласованными шумовыми коэффициентами. Кодек G.723 осуществляет преобразование аналогового сигнала в поток данных со скоростью 64 Кбит/с (ИКМ), а затем при помощи многополосного цифрового фильтра/вокодера выделяет частотные фонемы, анализирует их и передаёт по IP-каналу информацию только о текущем состоянии фонем в речевом сигнале. Данный алгоритм преобразования позволяет снизить скорость кодированной информации до 5,3 – 6,3 Кбит/с без видимого ухудшения качества речи. Структурная схема кодека приведена на рисунке. Кодек имеет две скорости и два варианта кодирования: 6,3 Кбит/с с алгоритмом MP-MLQ и 5,3 Кбит/с с алгоритмом CELP. Первый вариант предназначен для сетей с пакетной передачей голоса и обеспечивает лучшее качество кодирования по сравнению с вариантом CELP, но менее адаптирован к использованию в сетях со смешанным типом трафика (голос/данные).
Процесс преобразования требует от DSP 16,4 – 16,7 MIPS (Million Instructions Per Second) и вносит задержку 37 мс. Кодек G.723.1 широко применяется в голосовых шлюзах и прочих устройствах IP-телефонии. Кодек уступает по качеству кодирования речи кодеку G.729а, но менее требователен к ресурсам процессора и пропускной способности канала.
Бесплатные:
• GSM
• G.726
Рекомендация G.726 описывает технологию кодирования с использованием Адаптивной Дифференциальной Импульсно-Кодовой Модуляции (АДИКМ) со скоростями: 32 Кбит/с, 24 Kбит/с, 16 Kбит/с. Процесс преобразования не вносит существенной задержки и требует от DSP 5,5 - 6,4 MIPS.
Кодек может применяться совместно с кодеком G.711 для снижения скорости кодирования последнего. Кодек предназначен для использования в системах видеоконференций.
• G.711 uLaw
• G.711 aLaw
Рекомендация, утверждённая МККТТ в 1984 г., описывает кодек, использующий ИКМ преобразование аналогового сигнала с точностью 8 бит, тактовой частотой 8 Кгц и простейшей компрессией амплитуды сигнала. Скорость потока данных на выходе преобразователя составляет 64 Кбит/с (8 Бит ´ 8 КГц). Для снижения шума квантования и улучшения преобразования сигналов с небольшой амплитудой, при кодировании используется нелинейное квантование по уровню согласно специальному псевдо - логарифмическому закону A или m - Law.
Первые ИКМ кодеки с нелинейным квантованием появились уже в 60-х гг. Кодек G.711 широко распространён в системах традиционной телефонии с коммутацией каналов. Несмотря на то, что рекомендация G.711 в стандарте Н.323 является основной и первичной, в шлюзах IP-телефонии данный кодек применяется редко из-за высоких требований к полосе пропускания и задержкам в канале передачи (всё-таки 64 Кбит/с это много). Использование G.711 в системах IP-телефонии обосновано лишь в тех случаях, когда требуется обеспечить максимальное качество кодирования речевой информации при небольшом числе одновременных разговоров.
• Speex
• iLBC
• NetCoderТМ
Компания AudioCodes, приложившая в своё время немало усилий по созданию кодека G.723.1 специально для использования в сетях IP-телефонии, предлагает свою новую разработку - кодек NetCoder. По словам AudioCodes, кодек обладает качеством превосходящим популярные кодеки G.723.1 и G.729 и не требует значительных вычислительных ресурсов. Однако, производители голосовых шлюзов пока не торопятся поддерживать данное творение в своих продуктах. Не включен этот кодек также и в семейство кодеков стандарта Н.323. Использовать сегодня NetCoder в голосовых шлюзах можно не без риска потери совместимости с шлюзами других производителей, установленных в сети. Кодек NetCoder работает в диапазоне скоростей 4,8 – 9,6 Кбит/с, при формировании кадра вносит задержку 20 мс и имеет встроенный механизм оптимальной трансляции речевых пауз, основанный на технологии порогового детектирования голосовой активности VAD и автоматическую регулировку скорости передачи.
Сигнальные протоколы IP телефонии. Сигнальные протоколы обеспечивают установку звонка, регистрацию IP телефона на сервер провайдера, переадресацию вызова, передачу имени и номера абонента. В настоящее время широкое распространение получили следующие сигнальные протоколы:
• SIP
SIP (англ. Session Initiation Protocol - протокол установления сессии) - обеспечивает передачу голоса и сигнала, не является чисто сигнальным, протокол, разработанный IETF MMUSIC Working Group, и предлагаемый стандарт установления, изменения и завершения интерактивного пользовательского сеанса, включающего мультимедийные элементы, такие как видео, голос, мгновенные сообщения (instant messaging), он-лайн игры и виртуальная реальность. В ноябре 2000 года SIP был утверждён как сигнальный протокол проекта 3GPP и постоянный элемент архитектуры IMS. Наряду с H.323, SIP - один из основополагающих протоколов Voice over IP.
• H.323
• MGCP
• SIGTRAN
• SCTP
• Unistim - закрытый протокол передачи сигнального траффика в продуктах компании Nortel
Декодирование речевой информации
С учётом возможных потерь пакетов в сети для восстановления речевого потока на приёмной стороне используется протокол реального времени - Real Time Protocol (RTP). В заголовке данного протокола, в частности, передаются временная метка и номер пакета. Эти параметры позволяют при минимальных задержках определить порядок и момент декодирования каждого пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. Восстановленная последовательность, с возможными пропусками как одиночных пакетов, так и групп пакетов, поступает на декодер. Декодер должен обеспечить восстановление речевой информации, заполнение пауз фоновым шумом, а также эхокомпенсацию кодируемого сигнала, обнаружение и детектирование телефонной сигнализации.2

Skype

Skype (Скайп) – программное обеспечение, позволяющее бесплатно общаться через Интернет (голосовые и видеозвонки), а также осуществлять платные звонки с компьютера на стационарные телефоны и терминалы сотовой связи во всем мире.
Используя Skype, можно организовывать конференции с участием до 25 абонентов при голосовом общении или до 10 абонентов с использованием видеозвонков. Реализована также возможность передачи файлов, текстовых сообщений (чат), отправки SMS, голосовых сообщений.
При передаче информации используется шифрование и сжатие данных, чем достигается существенная экономия трафика и относительно невысокие требования к пропускной способности каналов. Например, для голосового общения достаточно, чтобы скорость подключения абонентских компьютеров к Интернету была 40—70 кбит/с, для видеозвонков – от 200 кбит/с. В последнем случае желательно также, чтобы тактовая частота процессора компьютера превышала 1 Ггц. Само собой, кроме аудиоколонок нужны веб-камера и микрофон. Расход трафика при этом составляет около 500 KB за одну минуту голосового общения, и где-то 4-5 MB за минуту видеозвонка.
Передача данных через Скайп осуществляется с использованием принципа P2P (англ. peer to peer – «равный – равному»), который предусматривает обмен данными между компьютерами в сети на прямую, без посредничества каких-либо централизованных серверных структур. В системе Скайп используется только один центральный сервер, на котором хранятся учетные записи пользователей. Он нужен только для поиска нужного абонента и установки с ним связи, после чего обмен данными осуществляется непосредственно между компьютерами абонентов.
Передача информации производится в зашифрованном виде, что обеспечивает достаточно высокую конфиденциальность переговоров. В то же время, в Интернет неоднократно попадали данные о том, что правоохранительные органы России (ФСБ), Австрии, Швейцарии и других стран все же умеют их прослушивать.
В связи бесплатностью переговоров внутри сети и сравнительно невысокой стоимостью звонков на стационарные и мобильные телефоны, Скайп стал причиной многомиллионных убытков компаний, предоставляющих услуги связи по всему миру. Неоднократно Скайп критиковался и обвинялся в шпионаже, распространении вирусов, хищении информации с компьютеров абонентов и прочих правонарушениях. Так ли это на самом деле, или же имеют место только попытки дискредитации неугодного конкурента, сказать сложно. В некоторых странах Скайп запрещен или же его использование существенно ограничено на законодательном уровне.
Тем не менее, популярность Skype растет. Сегодня это программное обеспечение разрабатывается для Windows, Linux, Mac OS, Symbian, Android и других популярных платформ, благодаря чему его можно использовать не только в классических компьютерах, но и планшетах, КПК и других портативных устройствах, имеющих подключение к сети Интернет. Skype скачать бесплатноможно на официальном сайте программы - www.skype.com.
Центральный офис Skype находится в Люксембурге. Сотрудников компании меньше тысячи. В то же время, количество абонентов Скайп во всем мире составляет несколько десятков миллионов человек.3

Радиовеща́ние

Радиовеща́ние («эфирное радиовещание», кратк. «эфир»), от «радио» + «вещать» (сообщать) — технология передачи звуковой информации в радиоэфире, также в проводных сетях (проводное радиовещание) или в сетях с пакетной коммутацией (в компьютерных сетях — интернет-радио). Изначально термин произошел от физического понятия «эфир», так как в начале XX века считалось, что распространение радиоволн происходит в таком эфире, и в дальнейшем распространилось на все способышироковещательной трансляции.
Характеризуется передачей сигнала по принципу «от одного — ко многим», т. е. более чем одному слушателю, как правило — по заранее известному расписанию. В официальной документации также применяют термин «радиовещание телевидения», подразумевающее передачу аудиовизуальной информации.
Технология радиовещания:

Эфирное радиовещание
Радиовещание в цифровом эфирном телевидении DVB-T2.
Радиовещание может осуществляться в мультиплексах цифрового эфирного телевидения DVB-T2. В России в первом мультиплексе транслируются радиостанциии Радио России, Радио Маяк и Вести ФМ.
Проводное вещание - система однонаправленной передачи акустических сигналов от центральной вещательной станции ко многим слушателям по проводам (кабелям).
Преимущества проводного вещания — относительно высокое качество звучания с минимумом помех при простоте и дешевизнеабонентских приёмников, энергонезависимость, высокая надежность за счет простоты устройства и дублирования многих элементов системы. Недостатки — необходимость прокладки разветвлённых вещательных сетей, возможность использования только стационарных приёмников, ограниченый выбор программ для прослушивания.
Интернет-радио — вещание в сети Интернет Интернет-радио-группа технологий передачи потоковых аудиоданных через сеть Интернет. Также в качестве термина интернет-радио или веб-радио может пониматься радиостанция, использующая для вещания технологию потокового вещания в Интернет.
Спутниковое радиовещание — радиовещание с использованием искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Эфирное радоивещание
Вещание в радиоэфире осуществляется при помощи радиопередатчиков (приём передач, соответственно, —радиоприёмников), той или иной мощности, передающими информацию на той или иной частоте электромагнитного излучения. Радиопередатчик с сопутствующим оборудованием (студии, каналы связи и питания, антенна на мачте или вышке) называетсярадиостанцией.
Частота является главной характеристикой радиовещательной станции. В первые десятилетия развития радиовещания, для обозначения характеристики несущих колебаний использовали длину волны излучения, соответственно — шкалы радиоприёмников были проградуированы в метрах. В настоящее время несущие колебания обозначают частотой и, соответственно, шкалы радиоприёмников градуируют в кГц, МГц и ГГц.
Как правило, звук в эфирном радиовещании модулирует несущую частоту передатчика одним из способов модуляции:амплитудным (АМ) или частотным (ЧМ). ЧМ позволяет осуществлять высококачественное (как правило стереофоническое) вещание в диапазоне частот 66-108 МГц. В других диапазонах с более длинными волнами (ДВ, СВ, КВ) используется АМ и цифровое радиовещание в формате DRM. Попытки использования однополосной модуляции (SSB) в радиовещании особого успеха не имели.4

Список используемой литературы:

1. Новости мира компьютерных технологий №4 , 1999 г

2. Сайт Univers system integration (электронные ресурс)
http://www.univers-spb.ru/solution/telephony/ip/index.php?print=Y

3.Сайт (электронные ресурс)
http://www.chaynikam.info/aboutskype.html

4. Википедия (электронные ресурс)
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5