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Análisis de la Señal de Voz

Objetivos

• Identificar la naturaleza de la señal de voz• Representar la señal de voz en el tiempo y

frecuencia.• Explicar el proceso de digitalización de la voz

Análisis de la Señal de Voz

• La Señal de Voz: en su forma mas elemental proviene de una fuente acústica convertida en una señal eléctrica, voltaje v(t) o corriente i(t), a través del uso de un transductor.

• La Señal de Voz es una Señal Eléctrica,V(t) y/o I(t) X(t)

Análisis en Tiempo de la Señal de Voz• Señal Analógica: Variación Contínua en Tiempo.• Señal No Determiniística (Aleatoria). NO podemos

predecir su valor en tiempo, pero podemos entender y explicar su comportamiento.

• Señal No Periódica (Aperiódica).• Señal que padece del Fenómeno de Irreversibilidad.• Descrita Técnicamente con: Vprom (Vdc), Vrms,

Vmax, Vmin y Vpp

Análisis en Frecuencia de la Señal de Voz• Parametrización en el espacio Frecuencial: Fmax ó

Ancho de Banda en Banda Base (BW).• Señales de Voz: Fmax = BW = 4KHz; con

componentes espectrales entre 200Hz y 4000Hz.• Señales de Audio: Fmax = BW = 22kHz; con

componentes espectrales entre 200Hz y hasta 22kHz. (!! Música e Instrumentos !!).

• Fmax para Voz 4KHz• Fmax para Audio hasta 22KHz

Acondicionamiento de la Voz para VoIP

• Una vez comprendida un poco la naturaleza y definiciones de la señal de voz, enfrentamos nuestro primer desafío:

• “ La Señal de Voz es una Señal Analógica, con Variación Contínua en el Tiempo, y el Protocolo IP es Estrictamente y 100% Digital: ¿Qué Hacemos? ”

• ¿Quién debe adaptarse a quién? La Voz debe adaptarse al Protocolo IP.

• Nuestro Primer Paso: Digitalización.

• ‘ Digitalización de la Señal de Voz ’

Acondicionamiento de la Voz para VoIP• Digitalización de la Señal de Voz• Pasos Fundamentales:– Filtrado– Muestreo y Retención– Cuantificación– Codificación

• Pasos Secundarios:– Consideración de Efectos de Ruido– Errores, Compresión y Encriptamiento

El Proceso de Muestreo• Este proceso consiste en registrar el valor de la señal

de Voz/Audio a intervalos regulares de tiempo. El intervalo de tiempo entre cada 2 instantes de muestreo consecutivos es igual a “TS” segundos y se le denomina PERIODO DE MUESTREO (TS).

El Proceso de Muestreo• Muestreo y Retención: (Sample and Hold) Es el que

se emplea en la práctica, y consiste en tomar la muestra y retener el valor un cierto tiempo hasta que comience el próximo período de muestreo.TEOREMA DEL MUESTREO, NYQUIST:

Toda señal analógica se puederecuperar o reconstruir a partir desus muestras tomadas a intervalosregulares de tiempo TS segundos,siempre que se cumpla la condición:(1/TS= FS) 2BWBW: es la máxima frecuenciaEspectral, TS es el periodo demuestreo y FS es la frecuenciade muestreo).

El Proceso de Cuantificación• Proceso que consiste en transformar los niveles de amplitud

continuos de la señal de entrada previamente muestreada, en un conjunto de niveles discretos previamente establecidos. En esta etapa sí se pierde información, y mayor será su pérdida cuanto menor sean los niveles determinados, esta pérdida se llama error o ruido de cuantificación.

El Proceso de Cuantificación

El Proceso de CuantificaciónNiveles de Cuantificación (L) Número de Bits por Muestra (n).

El Proceso de Codificación• Proceso que consiste en convertir los pulsos cuantificados en

un grupo equivalente de pulsos binarios de amplitud constante.

• En la práctica para la transmisión de voz digitalizada se emplean sistemas de ocho bit por muestra, lo que equivale a trabajar con 256 niveles cuánticos.

El Proceso de Codificación• Es por esta razón que al digitalizar un canal telefónico de voz cuyo ancho de banda es

4.000 Hz, tomando muestras al doble de este ancho de banda, implica 8.000 muestras/segundo, las que al cuantificar en 256 niveles y codificar con 8 bit dan como resultado 8.000 m/s * 8 bit = 64.000 bit /seg, que es el ancho de banda de un canal telefónico digitalizado.

• Proceso de Codifiicación Típico:• Ancho de Banda Considerado: 4 KHz.• Niveles de Cuantificación: 256• Bits de Codificación: 8• Frecuencia de Muestreo: 8 KHz.• Tiempo de Muestreo: 250 us• Tasa de Bits Mínima: 64.000 Bits por Segundo. (¡Sin Compresión!)

• Una señal de Voz necesita de 4KHz de Ancho de Banda, necesita ser Muestreada a una Tasa de 8000 Muestras por Segundo. Esto equivale a la necesidad de enviar 64Kbits por segundo, para poder transmitirla en formato digital