Задержка передачи звука
Одна из самых неприятных помех во время разговора через VoIP-телефонию – это задержки сигнала, то есть вы слышите своего собеседника не сразу в тот момент, когда он говорит, а спустя некоторое время. И собеседнику ваш голос тоже приходит с опозданием. В результате этого между фразами появляется некая пауза, а когда вы начинаете говорить, то можете обнаружить, что голос собеседника только начал к вам поступать. Даже если задержка совсем небольшая, она все равно существенно портит разговор.
Реальный уровень задержки звука зависит от многих факторов: перегруженность Сети в данный момент, количество пользователей, расстояние между собеседниками, тип соединения и даже тип оборудования, через которое проходит трафик.
Характерным недостатком VoIP-телефонии является искажение сигнала под названием джиттер, то есть дрожание. Джиттер возникает из-за разброса по времени доставки VoIP-пакетов, которые по умолчанию должны были приходить один за другим непрерывным потоком.
Задержки сигнала были с момента появления VoIP-телефонии. Дело в том, что при передаче трафика через Интернет невозможно гарантировать мгновенную доставку голоса собеседнику. На пути трафика обязательно возникает какое-то узкое место, где образуются «пробки» из информационных пакетов. Однако расширение каналов и установка на них нового, более скоростного оборудования происходит постоянно.
В далеком 1995 году каналы связи, оборудование для коммутации и сетевые настройки были настолько слабыми, что задержки сигнала при VoIP-связи составляли от 400 до 4000 мс (миллисекунд), то есть от 0,4 до 4 с. Потом ситуацию исправили, но задержки портят жизнь пользователям до сих пор. Крупнейшие провайдеры VoIP-телефонии декларируют максимальный уровень задержки в 150 мс и стараются обеспечить это гарантированное качество связи.
Отсутствие единого стандарта
Еще один существенный недостаток заключается в том, что в мире VoIP до сих пор нет единых стандартов. Связисты Международного телекоммуникационного союза (International Telecommunication Union, или ITU) продвигают стандарт Н.323, компьютерщики же придумали открытый стандарт SIP и создают все новые сервисы на его основе. А бизнесмены вообще идут своим путем, разрабатывая нестандартные сервисы и пытаясь заработать на их популярности. Например, создатели нестандартной программы Skype – шведские бизнесмены и эстонские программисты – получили около 2 млрд долларов благодаря тому, что их программа стала очень известной и популярной, и бизнес удалось продать за такую астрономическую сумму. Эстонские программисты, впрочем, не получили своих миллионов, потому что трудились исключительно за зарплату.
Свои закрытые интернет-пейджеры с поддержкой VoIP выпускают крупнейшие интернет-корпорации, такие как Yahoo, Google, MSN и AOL. Программу Skype тоже можно занести в этот список, потому что теперь она принадлежит еще одной богатейшей корпорации eBay. Каждая из этих программ закрыта от других, но в них вкладываются миллионы долларов для развития и продвижения именно своих разработок. Это настоящая битва стандартов, которая подогревается острой конкуренцией между финансовыми гигантами.
К сожалению, приверженцы открытых стандартов не обладают такими огромными финансовыми ресурсами, поэтому VoIP-программы, работающие полностью на открытых стандартах и совместимые друг с другом, такие как Gizmo или SIPphone, пока не слишком известны широкой публике. Однако многие эксперты считают, что будущее все-таки именно за ними.
Подготовка и передача пакетов
Разберемся более подробно, каким образом работает интернет-телефония. Общая схема такова:
□ подготовка данных для передачи: ваш голос переводится в цифровую форму (оцифровка) и сжимается (компрессия);
□ цифровой поток разбивается на пакеты, которые отправляются по компьютерной сети в пункт назначения;
□ система адресата получает пакеты с голосовым потоком, осуществляет их «сборку», после чего переводит информацию обратно из цифровой формы в аналоговую.
Ниже об этих этапах рассказано более подробно.
Подготовка данных для передачи
На этапе подготовки происходит оцифровка и сжатие данных. Оцифровка аналогового сигнала означает, что колебания воздуха преобразуются в череду нулей и единиц. На первом этапе колебания воздуха – ваш голос – фиксируются мембраной микрофона. Затем за дело берется блок аналого-цифрового преобразования (АЦП) звуковой карты компьютера.
Процесс оцифровки имеет несколько этапов:
□ выборка;
□ квантование сигнала;
□ кодирование.
Самый общепризнанный стандарт кодирования звука называется РСМ (Pulse Code Modulation, или импульсно-кодовая модуляция), известный также как стандарт G.711. Он предполагает выборку 8000 образцов речи в секунду. Каждый из образцов имеет размер 8 бит, так что результатом работы РСМ является цифровой поток в 64 000 бит/с.
Одновременно с оцифровкой звука кодек РСМ обеспечивает и эффективное сжатие цифрового сигнала. Основной принцип здесь основан на том, что человеческое ухо не восприимчиво к большей части звукового спектра. Кроме того, голос человека занимает довольно узкую полосу во всем диапазоне слышимых звуков.
Диапазон слышимых частот составляет примерно от 16 до 20 000 Гц. Частоты человеческого голоса лежат в пределах от 64 до 1300 Гц, а типичные частоты телефонного сигнала – от 300 до 3400 Гц.
Как видим, только уже за счет эффективной выборки частот можно сжать сигнал в несколько раз. Кроме того, применяются и другие, гораздо более сложные методы компрессии. Как я говорил, кодек РСМ обеспечивает цифровой поток 64 000 бит/с. Существуют и другие стандарты оцифровки звукового сигнала. Вот некоторые из кодеков, которые входят в базовый набор Н.323:
□ G.711 (РСМ) – 64 Кбит/с;
□ G.721 (ADPCM) – 32 Кбит/с;
□ G.723 (ADPCM) – 24 Кбит/с;
□ G.726 (ADPCM) – 16 Кбит/с;
□ G.728 (LD-CELP) – 16 Кбит/с;
□ G.729 (CS-ACELP) – 8 Кбит/с.
Сегодня набор стандартов Н.323 используется в некоторых программах для интернет-телефонии, таких как NetMeeting и Ekiga. Однако Н.323 не является единственным общепризнанным стандартом, как это было раньше, хотя он рекомендован к использованию Международным телекоммуникационным союзом.
Кроме того, существует стандарт SIP, а также различные кодеки и коммерческие протоколы для передачи трафика, которые не являются признанными стандартами. Результатом этого стало то, что сейчас в мире насчитывается более 650 различных VoIP-сервисов, зачастую несовместимых между собой. Самый известный – это Skype. Существуют национальные VoIP-сервисы, например десяток таких базируется в России.
Закрытые протоколы Skype – нестандартные протоколы связи и проприетарные, нестандартные кодеки. Несмотря на это сервису удалось добиться популярности. По оценкам экспертов пользователи Skype составляют не менее 20 % от всей аудитории сервисов VoIP в мире. На данный момент это самая популярная в мире VoIP-программа.
Передача пакетов
Следующий этап – это передача пакетов. Транспортировка цифрового трафика осуществляется через Интернет с помощью технологии TCP/IP. Термин TCP/IP обозначает целый набор технологий и прикладных программ, связанных с передачей данных через Интернет. Сюда также входят вспомогательные протоколы DNS, UDP, ARP и многие другие. На заре же существования Интернета это было просто два протокола: протокол TCP и протокол IP.