La qualité vocale sur les réseaux VoIP varie considérablement en raison de plusieurs facteurs. Cet article explique comment les fournisseurs de services peuvent prévenir la dégradation sur un réseau VoIP et offrir une qualité vocale comparable, voire supérieure, à celle du réseau téléphonique commuté (RTC).
Sur le RTC, la voix est intelligible, naturelle, permet d'identifier les interlocuteurs et ne présente que des variations mineures et gênantes. La voix est transmise sous forme de signal analogique, qui aboutit au
central téléphonique (ou DLC) le plus proche. Le DLC convertit le signal analogique en
échantillons numériques pour les communications longue distance, puis, à
destination, un autre DLC
reconvertit les échantillons numériques au format analogique au niveau
de l'interface téléphonique TIP-RING.
La haute qualité vocale est obtenue grâce à l'échantillonnage des signaux vocaux analogiques à 8 000 Hz et à leur compression à seulement 8 bits par échantillon, par modulation par impulsions et codage (MIC) selon la norme ITU-T-G711.
Plusieurs facteurs permettent au RTC de maintenir une bonne qualité vocale, notamment :
- Échantillonnage et compression de la voix : La transmission du DLC source au DLC de destination est numérique. Les transmissions numériques utilisant la norme G.711 sont contrôlées par des horloges de stratum qui assurent la synchronisation de l’échantillon fourni. Les pertes ou erreurs dans l’échantillon compressé sont rares et donc imperceptibles pour les utilisateurs.
- Délais : Les délais de bout en bout sont dus aux délais de transmission physiques sur le réseau téléphonique public commuté (RTPC). Aucune mise en mémoire ni traitement de paquets n’est effectué lors de la transmission, ce qui rend
les conversations vocales interactives plus naturelles et agréables.
- Écho : Bien que les mêmes téléphones analogiques soient utilisés pour les appels sur RTPC et VoIP, l’écho sur le RTPC est imperceptible en raison des délais minimes. L’équilibrage des pertes de bout en bout au niveau du DLC et du central téléphonique contribue à réduire les perturbations d’écho. Pour les appels internationaux et longue distance susceptibles d’introduire des délais, l’opérateur utilise des annuleurs d’écho longue distance.
- Conformité à la norme TR-57 : La norme TR-57 [1] est la norme nord-américaine relative aux directives de transmission et de commutation sur le réseau DLC. Les systèmes DLC et les étages d'entrée analogiques qui contrôlent les lignes téléphoniques TIP-RING sont conformes à la norme TR-57 et aux caractéristiques de transmission équivalentes dans chaque pays, optimisant ainsi la qualité de la transmission. Les DLC et les centraux téléphoniques du réseau téléphonique public commuté (RTPC) garantissent également des délais réduits, ce qui améliore les temps d'établissement et de fin d'appel, ainsi que l'utilisation du service téléphonique.
Contrôle du numéro équivalent de sonnerie (REN) et adaptation d'impédance : les DLC sont généralement conçus pour prendre en charge jusqu'à trois à cinq téléphones utilisant le même câblage physique TIP-RING. Cela permet au réseau téléphonique public commuté (RTPC) de maintenir une bonne qualité malgré l'utilisation simultanée de plusieurs téléphones et minimise les interférences dues aux différences d'impédance.
Le réseau téléphonique public commuté (RTPC) n'est pas exempt de défauts. Lors de certains appels internationaux, la qualité vocale peut être affectée par divers facteurs, notamment des terminaisons incorrectes, des délais de liaison satellite et de multiples étapes de transcodage G.711, une annulation d'écho insuffisante aux nœuds de terminaison, de longues boucles locales, l'utilisation de plusieurs téléphones présentant des inadéquations d'impédance et le recours à une connectivité intermédiaire par paquets entre les nœuds distants.
Comparée au réseau téléphonique commuté (RTC), la qualité vocale perçue des appels VoIP est influencée par plusieurs facteurs. Ces facteurs, notamment le délai, l'écho, la compression vocale, la perte de paquets, le protocole G.711-PLC, le transcodage, les pertes de passerelle et les pertes de couplage terminal, sont classés selon la norme TIA-TSB 116-A [2].
Dans l'architecture VoIP, l'équipement client (CPE) inclut des services vocaux tels que le DLC du RTC. Cependant, le CPE VoIP inclut également des fonctions de central téléphonique commuté (CTC), comme la génération de sonneries, la détection de numérotation, l'établissement d'appel et les fonctions d'assistance. La voix VoIP est transmise sous forme de paquets sur un réseau IP. La figure 1 illustre les différents paramètres qui contrôlent la qualité vocale et comment le réseau IP introduit des obstacles tels que la perte de paquets, la gigue, les erreurs de paquets et la fragmentation des paquets.
Le service VoIP est également fourni via des équipements CPE, au même titre que les adaptateurs VoIP traditionnels, les passerelles résidentielles haut de gamme et les téléphones IP dédiés. Ces appareils s'appuient sur des interfaces de réseau local (LAN), telles qu'Ethernet et WLAN, ou sur des réseaux étendus (WAN) via une ligne d'abonné numérique (DSL). La bande passante disponible sur ces interfaces réseau, combinée à l'architecture de l'appareil et aux mécanismes QoS intégrés, contribue à réduire la latence des paquets entre les points de terminaison. De nombreux équipements CPE gèrent la QoS montante, tandis que la QoS descendante est gérée par le fournisseur d'accès à Internet (FAI). Les points de contrôle du chemin de données (CO), tels que les multiplexeurs d'accès à la ligne d'abonné numérique (DSLAM) VDSL, sont désormais disponibles avec la prise en charge de la QoS, ce qui permet d'éliminer les pertes de paquets VoIP aux terminaisons IP.
Les équipements CPE VoIP sont conçus pour minimiser les coûts matériels et rendre le service abordable pour les consommateurs. Par exemple, les références d'horloge ne peuvent pas correspondre aux horloges de stratum du réseau téléphonique public commuté (RTPC), et certains composants des étages d'entrée des équipements CPE ne sont pas entièrement conformes aux spécifications TR-57. Cependant, plusieurs fabricants ont récemment lancé des interfaces téléphoniques économiques intégrant les fonctionnalités TR-57, permettant ainsi une meilleure qualité vocale. Il reste néanmoins à intégrer la gestion de plusieurs impédances, tonalités, fonctions de renvoi d'appel et ajustements de perte prévus pour chaque pays afin d'adapter la qualité sonore aux niveaux locaux et d'améliorer la qualité vocale globale.
Dans certains pays, les services Internet et VoIP sont fournis par des opérateurs différents. Pour réduire les coûts, les abonnés peuvent choisir le service Internet offrant la plus faible bande passante. Afin de pallier ces limitations, les fournisseurs VoIP utilisent des codecs tels que le G729A au lieu du G711. La compression vocale G729A est huit fois supérieure à celle du G711, ce qui entraîne une qualité sonore inférieure. De plus, les appels VoIP peuvent transiter par plusieurs passerelles et transcodeurs (conversions d'un système de compression à un autre) pour atteindre
les utilisateurs finaux sur d'autres
réseaux VoIP, le réseau téléphonique public commuté (RTPC) ou des réseaux sans fil
.
En raison de la congestion du réseau, la perte de paquets est inévitable. Des algorithmes de dissimulation de perte de paquets (PLC) sont intégrés au CPE pour gérer les pertes de paquets inattendues. Pendant les périodes de silence, les tampons de gigue sont ajustés afin d'optimiser les paquets disponibles sur l'interface réseau et de minimiser les délais de mise en mémoire tampon. Cette action atténue également les problèmes rencontrés par les paquets en raison de la dérive d'horloge de bout en bout.
L'écho est un problème critique qui affecte la qualité vocale. Les délais de bout en bout des appels VoIP et les niveaux de bruit contribuent également à l'écho. Un délai plus court permet de réduire l'écho. Les délais peuvent être améliorés grâce à une bande passante accrue, des mécanismes de QoS et des équipements CPE conçus pour des délais de traitement des paquets plus courts. Les niveaux de bruit sont principalement déterminés par les téléphones des utilisateurs finaux, les impédances et les pertes de bout en bout, ainsi que par le pays de déploiement. La qualité vocale VoIP peut être encore améliorée en intégrant des annuleurs d'écho fournis par l'opérateur au
processus CPE.
Dans les réseaux VoIP, la qualité vocale doit être surveillée en permanence. Le logiciel de surveillance de la qualité vocale (VQmon) est utilisé dans de nombreuses installations, mais tous les équipements CPE ne peuvent pas fournir une amélioration dynamique de la qualité en fonction des paramètres surveillés. Pour obtenir la meilleure qualité, les équipements CPE et l'infrastructure de bout en bout déployée doivent être capables de prendre en charge l'amélioration dynamique de la qualité en fonction des paramètres surveillés.
Comme expliqué dans cet article, plusieurs améliorations sont mises en œuvre pour garantir une qualité vocale comparable à celle du réseau téléphonique commuté (RTC) du point de vue de l'expérience utilisateur lors de l'utilisation de services VoIP. Cependant, la qualité VoIP peut surpasser celle du RTC grâce à la voix haut débit. Dans les services RTC et VoIP traditionnels, l'acoustique et le traitement téléphoniques limitent les fréquences vocales à 300–3400 Hz. En voix haut débit, les interfaces acoustiques et le traitement prennent en charge les fréquences de 50 à 7000 Hz, permettant des conversations naturelles et immersives. L'audio compressé haut débit utilisant le codec G722 requiert la même bande passante que le G711. D'autres codecs haut débit, tels que le G729EV [3], fonctionnent à la moitié de la bande passante du G711. La qualité perçue obtenue avec certains codecs surpasse souvent celle du RTC en G711. Le niveau de qualité vocale « R » de la voix à large bande est environ 20 % meilleur que le G711 sur la base des mises à niveau d'un modèle avec une bande passante de modèle R suivant les recommandations ITU-T-G107 et G113 [4,5].
La voix sur IP est également déployée en Europe, grâce aux téléphones haut débit DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications). Ces installations reposent sur des équipements et une acoustique d'entrée haut débit. L'étage d'entrée téléphonique, connecté au circuit d'interface de ligne d'abonné (SLI), et les dispositifs d'échantillonnage matériels offrent une bande passante suffisante. Actuellement, plusieurs modèles de téléphones de conférence, de logiciels de téléphonie sur PC et de téléphones IP prennent en charge la voix sur IP. Les interfaces acoustiques des téléphones numériques, le Bluetooth, le DECT et le Wi-Fi peuvent également être utilisés
les services de voix
sur IP
De nombreuses améliorations sont en cours de mise en œuvre afin de garantir une qualité vocale comparable à celle du réseau téléphonique commuté (RTC) lors de l'utilisation de services VoIP, et une qualité VoIP supérieure à celle du RTC grâce aux codecs haut débit. Dans les services RTC et VoIP traditionnels, l'acoustique et le traitement téléphonique limitent les fréquences vocales à 300-3400 Hz. En voix sur IP, les interfaces acoustiques et le traitement prennent en charge les fréquences de 50 à 7000 Hz, permettant des conversations naturelles et immersives. La voix compressée haut débit nécessite moins de bande passante que le G.711. La qualité d'écoute de nombreux codecs haut débit surpasse celle du G.711 pour le réseau téléphonique commuté (RTC). Le niveau de qualité vocale « R » du haut débit est environ 20 % supérieur à celui du G.711, d'après les mises à niveau des modèles avec une bande passante de niveau R, conformément aux recommandations ITU-T-G107 et G113.
Références
- TR-NWT-000057, Critères fonctionnels pour les systèmes de transmission numérique en boucle, janvier 1993
- TSB-116-A Télécommunications - Équipements de téléphonie IP - Recommandations relatives à la qualité de la voix pour la téléphonie IP, mars 2006
- G729EV : Un flux binaire de codeur de parole et audio à large bande évolutif de 8 à 32 kbits/s, mai 2006, http://www.itu.int/ITU-T/worksem/h325/200605/presentations/s3p3-varga-beaugeant.pdf
- UIT-T-G107 Amendement I, Nouvelle annexe II - Cadre provisoire des facteurs d'altération pour la transmission de la parole à large bande, juin 2006
- UIT-T-G113 Amendement I : Nouvelle annexe IV - Valeurs de planification provisoires pour le facteur d'altération des équipements à large bande Ie,wb, juin 2006.
L'auteur : Sivannarayana Nagireddi. Ikanos Communications, Inc.
