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DIGITALIZACIÓN DE LA VOZ

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DIGITALIZACIÓN DE LA VOZ
Andrea Stefania Enriquez Caraguay
Profesional en formación, Universidad Nacional de Loja
Loja, Ecuador
2021
[email protected],
Resumen. – En el presente documento se
analizará, sobre la digitalización de la voz,
cuáles son sus características y los diferentes
métodos utilizados. Además de las técnicas que
se
utilizan
en
los
sistemas
de
telecomunicaciones para convertir una señal
de audio analógica a una secuencia de números
discretos para luego poder ser transmitidos o
almacenados.
Palabras claves. - Digitalización, Transmisión,
Modulación, Codificación, Muestreo.
I.
INTRODUCCIÓN
Desde el año de 194O, se conocen bien las
ventajas de la transmisión digital, en oposición
analógica, de la señal de voz. La transmisión
digital representa una mayor confiabilidad para
conexiones de larga distancia. Con la electrónica
actual, la conmutación y la concentración de
información se gestionan de manera más eficiente
cuando la información está en forma digital.
Las redes digitales de transmisión de voz y datos
son comunes en nuestra era. Fueron creadas ya
que presentan ciertas ventajas sobre las redes
analógicas
II.
TIPOS DE SEÑALES
A. Señales Analógicas
Se representan mediante funciones que
toman un número infinito de valores en
cualquier intervalo de tiempo considerado
punto para transmitir señales analógicas se
emplea sistemas de transmisión analógicos, y
la información va contenida en la propia forma
de onda.
B. Señales Digitales
Están representadas mediante funciones que
toman un número finito de valores en cualquier
intervalo de tiempo. las señales digitales
necesitarán sistemas de transmisión digitales
donde la información estará contenida en los
pulsos codificados, codificados, y no en la forma
de onda [1].
III.
DIGITALIZACIÓN DE VOZ
Un método para integrar la comunicación de
voz y datos es digitalizar la voz en la fuente
y utilizar una estructura de transporte digital.
Por tanto, la voz se presenta a la red a través
de los medios de acceso como datos digitales
(es decir, un flujo de bits).
A. Beneficios de la digitalización
Las comunicaciones integradas de voz y
datos que utilizan voz digitalizada permiten
la conectividad digital de un extremo a otro.
La extensión del transporte digital a las
instalaciones del cliente y el transporte de
señales a través de una red digital mejora la
calidad de la transmisión, aumenta la
eficiencia de la transmisión y simplifica el
procesamiento de la señal. Específicamente:
se codifica la muestra actual y futura
prevista. En PCM diferencial adaptativo
(ADPCM), el tamaño del paso del
cuantificador se cambia de forma adaptativa
para que sea aproximadamente proporcional
a la amplitud de la diferencia. Se ha logrado
una velocidad de datos de 32 kbits/s para
codificar voz con calidad de peaje utilizando
MICDA.
• En la transmisión analógica, las
deficiencias (como el ruido) se
acumulan con la longitud del
circuito. En la transmisión digital,
sin embargo, las deficiencias no son,
en general, depende de la longitud
debido a la regeneración periódica
de señales digitales a lo largo de la
ruta de transmisión. Además, la voz
se puede integrar con datos.
• Las señales digitales permiten un
almacenamiento eficiente y se
prestan fácilmente a la aplicación de
diversas técnicas de procesamiento
de
señales
digitales,
como
compresión de datos, cancelación de
eco, control de firmware de
•
conmutación y cifrado de datos con
fines de seguridad.
Los avances recientes en la
tecnología de integración a gran
escala (LSI) han reducido el tamaño,
la complejidad y el costo de los
circuitos de soporte para las redes
digitales.
Como se mencionó anteriormente, una gran
ventaja de la digitalización es que permite un
transporte eficiente de señales generado por
fuentes analógicas. Esto, a su vez, permite la
prestación de servicios integrados sobre la misma
línea de acceso a los clientes.
IV.
IMPLEMENTACION
DE
ALGORITMOS
DE
PROCESAMIENTO DE LA VOZ
El habla se puede transformar en un flujo de
datos digitales a una variedad de velocidades y
revisamos algoritmos de voz que ya se ha
demostrado que oscilan a velocidades entre 2,4
kbit/s a 16 kbit/s. Cada algoritmo ha empleado
cinco hardware con diferentes configuraciones.
La notable excepción a esta declaración es una
implementación que llamaremos terminal de voz
digital (DVT), un procesador secuencial,
completamente programable de alta velocidad
que, hasta el momento, ha sido programado para
implementar en tiempo real, LPC, APC,
codificación residual adaptativa (ARC), CVSD y
algoritmos de codificador de voz de canal.
(proceso de muestreo, cuantificación y
codificación) de las señales analógicas en
digitales
es
conocida
como
MIC
(Modulación por Impulsos Codificados) o
PCM" la cual permite la utilización múltiple
de una línea, mediante la multiplexación por
división en el tiempo.
Fig. 1 Proceso de Conversion Analógico Digital
Esta conversión se basa en tres operaciones
fundamentales:
•
•
•
Muestreo
Cuantificación
Codificación
Muestreo: El muestreo es el proceso
mediante el cual se transforma una señal
analógica en una serie de impulsos de distinta
amplitud que reciben el nombre de muestras.
De acuerdo con la teoría de la información, si
se desea enviar una señal de frecuencia f de
un punto a otro, no es necesario transmitir la
señal completa, es suficiente transmitir
muestras de la señal tomadas, por lo menos, a
una velocidad doble de frecuencia, a esto se
lo conoce como teorema de muestreo.
A. El terminal de voz digital
El DVT es un procesador de señal
programable que es capaz de ejecutar 18
millones de instrucciones por segundo.
Consiste en 4 tableros envueltos en alambre
que contienen 470 emisores acoplados
paquetes de lógica (ECL) y 125 lógica de
transistor-transistor (TTL) paquetes. Se
muestra el entorno de voz en tiempo real en
el que está integrado donde la información
binaria se puede suministrar desde ya sea una
memoria de solo lectura (ROM) externa o
desde un miniordenador adjunto. Aparecen
bloques que se encuentran dentro del
acondicionador de señal por lo que podría ser
que el acondicionador de señal adapte al TVP
a los problemas del habla digital en tiempo
real de comunicaciones, y que otras
configuraciones periféricas podrían hacer que
el DVT sea útil para otras aplicaciones como
radar, sonar, etc.
B. Digitalización de las señales de vos
La técnica ampliamente empleada en las
redes telefónicas para la transformación
Fig. 2 Principio del muestreo
Cuantificación: La cuantificación es el
proceso mediante el cual se asignan valores
discretos, a las amplitudes de las muestras
obtenidas en el proceso de muestreo. Tras la
cuantificación las muestras serán de tipo
digital, ya que solo podrán tener un número
finito de valores. Se puede utilizar un numero
finito de valores discretos para representar de
forma aproximada la amplitud de las
muestras, para ello, toda la gama de
amplitudes que pueden tomar las muestras, o
gama de funcionamiento, se divide en
intervalos iguales y a todas las muestras cuya
amplitud cae dentro de un intervalo, se les da
el mismo valor, a este proceso se le denomina
cuantificación, y a cada intervalo en que se ha
dividido la gama de funcionamiento se le
llama intervalo de cuantificación.
discretos proporcionados por el sistema. Sin
embargo, la amplitud de la forma de onda
original cambia continuamente, no en pasos
discretos, por lo que la forma detallada de la
forma de onda recibida será diferente a la de
la voz original. Esa diferencia, o, más
precisamente, la expectativa estadística del
cuadrado de la diferencia, se llama ruido de
cuantificación. [3].
Fig. 3 Cuantificación
Codificación: La codificación es el
proceso mediante el cual se representan una
muestra cuantificada, mediante una sucesión
de "1's" y 0's", es decir mediante una
secuencia binaria. El objetivo de la
investigación es desarrollar códecs de audio
que proporcionen mejor calidad de
conversación con una proporción más baja de
bits, de retraso y de complejidad de
implantación [2].
Fig. 4 Palabra de MIC
V.
PCM
Históricamente, el primer método
utilizado para digitalizar la voz fue la
modulación de código de pulso (PCM) y
sigue siendo el más utilizado. PCM también
es importante porque plantea claramente
algunos de los principales problemas de las
técnicas de digitalización de formas de onda.
La codificación PCM se ilustra en la Fig. 5.
Hay un conjunto de niveles de amplitud
(cuantificación) y un conjunto de tiempos de
muestreo. En cada tiempo de muestreo, se
genera un código digital, correspondiente al
nivel de cuantificación de la forma de onda
de voz en ese momento. Cuando se recibe el
código digital, se vuelve a convertir en una
forma de onda de tiempo que se aproxima a
la forma de onda de voz original.
La forma de onda recibida contiene solo el
número limitado de niveles cuánticos
Fig. 5 Modulación de código de impulsos. Aquí se
muestra la codificación de dos formas de onda.
Para cada nivel de cuantificación hay un código
digital correspondiente.
VI.
TRANSMISIÓN DE DATOS
Cuando una señal es enviada de un
equipo o terminal de datos (ETD) a otro,
previamente esta debe atravesar una interfaz,
denominada equipo terminal del circuito de
datos (ETCD), hacia el medio de
transmisión. Por modo de transmisión se
entenderá como el empleo de distintas
técnicas de preparar la información que se
desea comunicar y la forma en que se
presentará en el medio de transmisión.
A. Problemas de la Transmisión
Atenuación: Es una disminución en la
amplitud de la señal a medida que ésta va
recorriendo el medio de transmisión. La
atenuación sufrida por la señal es
proporcional a la distancia recorrida, por lo
que se suele especificar, para los medios de
transmisión, en dB/m. En transmisión de
señales analógicas se puede compensar la
pérdida de amplitud debida a la atenuación
mediante el uso de amplificadores, que
incrementan la amplitud de la señal de
entrada.
En
transmisiones
digitales
utilizaremos repetidores regenerativos, que
generan una señal nueva a la salida con la
misma información que tenía la señal a la
entrada.
Distorsión: Provoca una deformación de la
señal original. Debido a las características
inductivas y capacitivas de los diferentes
medios de transmisión, la atenuación que
este presenta varía con la frecuencia. Este
fenómeno trae como consecuencia la
distorsión o deformación de la señal al
atravesar el medio.
Ruido: El ruido da perturbación o
interferencia no deseada que se introduce en
el canal de comunicaciones y se suma a la
señal útil. Existen múltiples fuentes de ruido,
unas externas y otras internas al propio
sistema de comunicaciones [4].
•
VII.
CONCLUSIONES
Mediante el proceso de digitalización
podemos analizar los diferentes
parámetros que interviene en la
digitalización de la voz para que pueda
ser transmitida por medios o líneas de
transmisión.
•
La digitalización de la voz permite un
almacenamiento eficiente y se prestan
fácilmente a la aplicación de diversas
técnicas de procesamiento de señales
digitales.
•
La técnica de modulación PCM es
utilizada
en
la
mayoría
de
procesamiento de voz puesto que es la
forma estándar de audio digital en
computadoras, discos
compactos,
telefonía digital y otras aplicaciones
similares.
VIII.
BIBLIOGRAFÍA
[1] B. Gold, «Digital Speech Networks,»
IEEE, vol. 65, nº 12, 1977.
[2] J. J. Q. M.-g. y. J. A. L. M. Sepúlveda
Cano, «Analisis de la influencia de las
técnicas de compresión de voz en
ladetección de anomalías vocales,» vol.
16, nº 30, p. 49–66, 2017.
[3] J. Bayless, S. Campanella y A. Goldberg,
«Voice signals: bit-by-bit,» IEEE
Spectrum, 10 (10), 28–34., 1973.
[4] L. Espinosa, «Compresión de voz para su
transmisión en redes de datos,»
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO
LEÓN, 2003.
[5] M. Malek, «Descripción general de las
comunicaciones integradas de voz y
datos.,»
IEEE
Communications
Magazine, 1988.
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