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VOIP Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 1 Pr MOUGHIT Mohamed m.moughit@gmail.com
La Radio est le support (impr~dictible) La connexion est ~tablie apr~s la num~rotation Connexion fixe, prédictible Connexion établie avant la numérotation user Centre de commutation BTS BSC MSC HLR VLR user Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 2
PSTN GMSC AAA Routeur MSC VLR A1/A2 IP Core OMC HLR A10/A11 PDSN A3/A7 BSC BSC Fibre Optique/E1 FSU Abis Satellite Microsondes BTS interface Um BTS BTS BTS Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 3
Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 4
VOIP: Objectif Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 5 > Comprendre l'infrastructure téléphonique et comment la téléphonique TDM fonctionne. > Comprendre comment se fait la Transmission de la voix avec les données > Comprendre la signalisation IP pour l'interconnexion téléphonique > Comprendre la QOS dans les réseaux IP
Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 6 Plan 6.1 - Protocole H323 6.1.2 - Fonctionnement 6.1.4 - La visioconférence sur Ip inconvénients 6.1.7 - Conclusion 6.2.1 - Introduction 6.2.3 - Sécurité et Authentification 6.2.5 - Conclusion 6.3.1 - Introduction 6.3.3 - Entête Rtp 6.3.5 - Entête Rtcp 6.4 - H261 7 - Problème et QoS 7.2 - Perte de paquets 1 - Introduction 2 - Le Réseau Téléphonique Commuté 2.1 - Histoire de la téléphonie 2.2 - Principe du Rtc 2.3 - Architecture du réseau 2.4- Architecture RNIS 2.5- Signalisation SS7 3- Codeurs de la voix 3-1 Codeur temporel (G711, G722) 3-2 Codeur paramétrique 3-3 Codeur hybride( G728, G729) 4 - Les enjeux de la téléphonie sur Ip 4.1 - Réduction des coûts 4.2 - Standards ouverts et interopérabilité multi-fournisseurs 4.3 - Choix d'un service opéré 4.4 - Un réseau voix, vidéo et données (triple play) 4.5 - Un service PABX distribué ou centralisé 4.6 - Evolution vers un réseau de téléphonie sur Ip 4.7 - Intégration des services vidéo 5- L'Architecture Voip 5.1 - Les schémas 5.2 - Gateway et Gatekeeper 6-Standards VoIP 6.1.1 - Introduction 6.1.3 - H323 dans le modèle Osi 6.1.5 - Avantages et 6.1.6 - Comparaison avec Sip 6.2 - Protocole Sip 6.2.2 - Fonctionnement 6.2.4 - Comparaison avec H323 6.3 - Transport Rtp et Rtcp 6.3.2 - Les fonctions de Rtp 6.3.4 - Les fonctions de Rtcp 6.3.6 - Conclusion 6.5 - Audio 7.1 - Latence 7.3 - Gigue
Réseau Téléphonique Commuté Objectif: Transmettre la voix humaine sans établissement de liaisons permanente entre interlocuteurs Le réseau RTC a été créé par Alexandre Graham Bell dans le but de faire écouter des pièces de théâtre à distance. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 7
Réseau Téléphonique Commuté Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 8 > Un commutateur (ou centre de commutation) permet d'éviter les liaisons point à point. > Les liaisons sont assurés par des câbles coaxiaux, Fibre Optique, Faisceaux hertziens, Satellites….
RTC Centre de commutation9 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed électromécanique > Au d~but, les communications ~taient ~tablies par des op~rateurs et des op~ratrices, grâce à un système de cordons souples munis de fiches et de tableaux d'arriv~e et de d~part d'abonn~s. > Puis Les communications sont ~tablies par les systèmes de commutations automatiques. • d'abord ~lectrom~caniques • puis ~lectroniques, • puis num~riques et totalement pilot~s par informatique.
R~seau T~l~phonique Commut~ Centre de commutation- Numérique Commutation temporelle Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 10
Commutation Crossbar Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 11 > Cette commutation consiste à cr~er un chemin physique grâce aux matrice de connexion. Un exemple de liaison est indiqu~ en rouge.
Commutation temporelle Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 12 > La commutation temporelle consiste à commuter dans le temps l'information (voix et donn~es) sous sa forme num~rique. > Elle est bas~ sur le multiplexage TDM (Time Division Multiplexing)
Structure du RTC Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 13
Structure du RTC CAA CAA CAA: Centre à Autonomie d’Acheminement CT: Centre de Transit CTU:Centre de Transit Urbain CTN: Centre de Transit National CTI: Centre de Transit International CT Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 14
Étape d'~tablissement d'un appel t~l~phonique Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 15
R~seaux Num~riques Int~gration de Service > RNIS: R~seau num~rique à int~gration de services Network ou ISDN : Integrated services Digital > Permet l'~change de voix, donn~es et vid~o > Fournit des services à faible d~bit : de 64Kbps à 2Mbps et des services à haut d~bit à 622Mbps. : de 10Mbps > ISDN est une num~rique technologie d'accès entièrement Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 16
RNIS > Dans un r~seau t~l~phonique analogique, une boucle sur une paire torsad~e de fils de cuivre et entre le commutateur central l'abonn~ supporte un canal de transmission unique. service Ce canal ne traite qu'un seul simultan~ment : la voix ou les donn~es. > Avec un R~seau de Services, Num~rique à Int~gration torsad~e la même paire est divis~e en plusieurs canaux logiques. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 17
Nouveaut~ par rapport à RTC Nouvelle signalisation avec l'abonn~ : Protocole D. Nouvelle signalisation dans le r~seau : CCITT N°7 ou SS7 • • • Nouvelle transmission entre commutateur. R~seau unique pour: • T~l~phonie • T~l~copie G3, G4 • Transmission de donn~es. • Son. • Images. l'abonn~ et le • Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 18
❖ Les canaux logiques RNIS • Les canaux B transmettent à un débit de de les 64Kbps en commutation circuit ou de paquet informations utilisateur: fax. voix, données, Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 19
• Les canaux D transmettent à un débit de 16Kbps en accès de base et 64Kbps en accès primaire. Ils supportent les informations de signalisation : appels, établissement des connexions, demandes de services, routage des données sur les canaux B et enfin libération des connexions. Cette signalisation hors bande permet des temps d'établissement de connexion rapides (environ 4 secondes) relativement aux réseaux analogiques (environ 40 secondes). Il est aussi possible de transmettre des données utilisateur à travers les canaux D (protocole X.31b). Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 20
❖Les interfaces standards de RNIS Une interface d'accès à un r~seau RNIS est une association de canaux B et D. Il existe deux interfaces standards oAccès de base ou oAccès primaire. Elles correspondent à deux cat~gories d'utilisation distinctes : oR~sidentielle: utilisation simultan~e des services t~l~phoniques et d'une connexion Internet. oProfessionnelle:utilisation d'un commutateur t~l~phonique (PABX) et/ou d'un routeur d'agence. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 21
Interfaces RNIS > L'accès de base ou Basic Rate Interface (BRI) comprend 2 canaux B et un canal D pour la signalisation : 2B+D. > L'accès primaire ou Primary Rate Interface (PRI) comprend 30 canaux B et un canal D à 64Kbps en Europe: 30B+D (d~bit de 2.048Mbps). Aux Etats-Unis et au Japon la d~finition de 1.544Mbps). est diff~rente : 23B+D (d~bit Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 22
> Les ~quipements non-RNIS n'ont pas n~cessairement des d~bits compatibles avec la d~finition du canal B: 64Kbps. Dans ce cas, les adaptateurs de terminal (TA) r~alisent une adaptation en r~duisant le d~bit effectif du canal B jusqu'à une valeur compatible avec le dispositif non-RNIS. La bande passante dynamique ou l'allocation de canaux est obtenue par l'agr~gation des canaux B. On obtient ainsi une bande passante maximale de 128Kbps pour l'accès de base (BRI) et de 1920Mbps pour l'accès primaire en Europe. > > > Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 23
Dispositif de connexion RNIS Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 24
Dispositif de connexion RNIS ISDN 2 fils S 4 fils NT1 U T TE1 S NT : Network Termination TE: Terminal Equipment TE1 R TE2 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 25 T A NT2
[ La configuration physique vue du c~t~ de l'utilisateur RNIS est divis~e en groupes fonctionnels s~par~s par des points de r~f~rence. [ Un groupe fonctionnel est une association particuli~re d'~quipements qui assurent un ensemble de fonctions RNIS. [ Les points de r~f~rence sont les limites qui s~parent les diff~rents groupes fonctionnels. [ A chacun de ces points de r~f~rence correspond une interface standard à laquelle les fournisseurs d'~quipements doivent se conformer. [ Ces interfaces standards ont aussi pour but de permettre librement. Cours VOIP à l'utilisateur de choisir son ~quipement Pr MOUGHIT Mohamed 26
> R, S, T, U : points de r~f~rences > TNL-TNR/NT1 : Terminal Num~rique de Ligne- Terminal Num~rique de R~seau/Network Termination 1 > TNA/NT2: Terminal Num~rique d'abonn~/Network Termination 2 > Terminal RNIS/TE1 : Terminal Equipment 1 > Adaptateur/TA : Terminal Adapter > Terminal non-RNIS/TE2 : Terminal Equipment 2 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 27
[ U : Ce point de r~f~rence est plac~ entre le groupe NT1 et la boucle de transmission de l'op~rateur t~l~phonique qui fournit une liaison bi-directionnelle (full-duplex) entre l'abonn~ et le commutateur central sur 2 fils. [ T : Ce point de r~f~rence est plac~ entre le groupe NT2 qui poss~de des fonctions de niveaux 1 à 3 et le groupe NT1 qui ne poss~de que des fonctions de niveau 1. C'est le point de connexion minimal entre l'abonn~ et l'op~rateur. Il existe plusieurs appellations suivant les d'acc~s : -T0 : acc~s de base (BRI) 2B+D. - T2 : acc~s primaire (PRI) 30B+D. types Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 28
[ S : Cette interface peut être assimil~e à un bus passif pouvant supporter 8 terminaux (TE) en s~rie sur le même câble. Dans cas, chaque canal B est affect~ à un terminal particulier pour la dur~e d'un appel. [ R : Ce point de r~f~rence est la limite ce conceptuelle entre le terminal non RNIS l'adaptateur. et Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 29
R~seaux de Signalisation Pr~sentation SS7 [ La signalisation concerne tous les ~changes d'informations n~cessaires pour la fourniture et la maintenance d'un service t~l~communications. [ La signalisation comprend les signaux requis pour la gestion des connexions: de – – – – Etablissement et rupture, Contr~le et facturation, Supervision et maintenance … Gestion RNIS, RTC, GSM et IN communication établissement rupture contrôle Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 30
de signalisation Types Network Network Interface (NNI) - signalisation SS7 User Network Interface (UNI) - signalisation abonné (DSS1,V5, DTMF) - signalisation RNIS (D) - signalisation PABX (QSIG) 31 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed
Caract~ristiques de signalisation SS7 o Utilisation de canaux de communication s~par~s. On parle de signalisation Out-of-Band signaling ou Common Channel signaling (CCS) ou Réseau Sémaphore Sur les acc~s d'abonn~s la signalisation analogique o emprunte le même canal que les voies de parole. o Dans RNIS la signalisation va dans des canaux s~par~s: le canal D. Ceci permet: > Un acc~s permanent aux informations de signalisation (signalisation en cours d'appel) > Performance accrue sur un canal d~di~ (r~duction des d~lais, r~duction des intrusions par la fraude) Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 32
Architecture du R~seau s~maphore Liens de signalisation: Réseau SS7 Canaux de signalisation COC Canal D Liens de communication: Voies de parole/data Canaux B Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 33
Architecture du r~seau S~maphore Réseau de signalisation CAS PTS PTS CA S CAS CAS PTS PTS Sw TSw TSw Sw TSw Sw Commutateurs et liaisons circuits Sw Sw : Local Switch TSw : Transit Switch STP = PTS: Signaling Transfer Point SSP = CAS : Switching Point Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 34
Modes de signalisation SS7 • Signalisation en mode associé – Les canaux de signalisation correspondent point pour point aux liaisons entre commutateurs circuit v~hiculant les voies de parole. mise en cuvre simple mais multiplication des ncuds de signalisation – Ceci exigerait des liens d~di~s entre tous les commutateurs…. Signalisation en mode quasi-associé Ce syst~me permet de minimiser le nombre de nc uds de signalisation co~t optimalis~ et meilleure performance en termes de d~lais de transmission. – Le mode quasi-associé est celui qui est préféré pour le SS7. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 35
Modes de signalisation SS7 CAS1 CAS3 Mode Quasi-Associé relation linkset link CAS2 Mode Associé Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 36 Voies de parole Liens SS7 PTS 1 PTS 3 PTS 2 PTS 4
Quelques Messages SS7 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E IAM SAM INR INF COT ACM CON FOT ANM Initial Address Message Subsequent Address Message Information Request Information Continuity Address Complete Connect Forward Transfer Answer Reserved Reserved Release Suspend Resume REL SUS RES Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 37
Simulation d’appel (1) PTS PTS PTS PTS IAM3 IAM2 IAM1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 38 PS PS PS PS
Simulation d’appel (2) PTS PTS PTS PTS ACM1 ACM2 ACM3 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 39 PS PS PS PS
Simulation d’appel (3) PTS PTS PTS PTS ANM1 ANM2 ANM3 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 40 PS PS PS PS
Simulation d’appel (4) PTS PTS PTS PTS REL2 REL2 REL1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 41 PS PS PS PS
Simulation d’appel (5) PTS PTS PTS PTS REL2 REL2 REL1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 42 PS PS PS PS
Simulation d’appel (6) PTS PTS PTS PTS RLC1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 43 PS PS PS PS
Simulation d’appel (9) PTS PTS PTS PTS Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 46 PS PS PS PS
Codeurs de la voix [ Le syst~me vocal compose: > d'une soufflerie se > du > du larynx conduit vocal Système phonatoire Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 47
Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 48 Appareil phonatoire
G~n~ration de signal de Parole onde quasi-périodique source laryngienne bruits d'occlusion Parole Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 49 sources acoustiques cavités supraglottiques
Les types des sons > voisement (sons vois~s) : les cordes vocales vibrent, les cartilages aryt~noïdes sont rapproch~s (80 % du temps de phonation), > absence de voisement (sons non-vois~s) : les cordes vocales sont ~cart~es, pas de vibration > aspiration : courte p~riode non-vois~e se produisant pendant et imm~diatement apr~s le relâchement articulatoire dans les cavit~s supraglottiques, Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 50
Les sons voisés - non-voisés > murmure : les cordes vocales vibrent ~cart~es > chuchotement : les cordes vocales sont contact ou assez rapproch~es mais le en passage entre les aryt~noïdes, lesquelles va naître un bruit de reste libre entre friction, Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 51
Les sons voisés - non-voisés [ occlusion glottale : les cordes vocales sont maintenues en position ferm~e. La phonation commence par un ~cartement brutal des cordes vocales et le signal sonore d~bute par une intensit~ et une fr~quence ~lev~e (Ex. : [p,t,k,b,d,g]). Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 52
Tracés d’un signal voisé Pr MOUGHIT Mohamed Cours VOIP 53
Tracés d’un signal non voisé Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 54
Pitch ❖Le pitch est la fr~quence de vibration des cordes vocales. Il est aussi appel~ fr~quence fondamentale Cette fr~quence varie : • de 80 à 200hz pour une voix masculine. • de 150 à 450 hz pour une voix f~minine • de 200 à 600 hz pour une voix d'enfant ❖Le Pitch est un param~tre tr~s important pour la synth~se de la parole. L'oreille est en effet, tr~s sensible à ses variations. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 55
Codage num~rique de la parole •Il existe 3 grandes familles de codeurs de la parole ✓ ✓ ✓ Codeurs Codeurs Codeurs temporels param~triques (vocodeurs) hybrides (mixtes) Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 56
Codage num~rique de la parole • Codeurs temporels > Codeur MIC à 64 Kbit/s > Codeur MICDA (Modulation par Impulsion et à 32 kbits/S Codage Diff~rentiel Adaptatif) Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 57
Codage num~rique de la parole • Codeurs MIC à 64kbit/s ✓Il ~tait normalis~ par l'UIT (Union Internationale des T~l~communications) sous la recommandation G711 ✓Ils cherchent à pr~server l'allure temporelle du signal ✓Il consiste à filtrer le signal de parole dans la bande 300-3400hz, à l'~chantillonner à la fr~quence 8000 hz et à le quantifier par la loi µ) sur 8 bits A (ou Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 58
Codage num~rique de la parole •Codeurs MICDA > Le codeur MICDA est normalis~ par UIT-T sous la recommandation G721 > Il fait appel à deux techniques de traitement signal: la pr~diction et la quantification adaptative du Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 59
Pr~diction lin~aire x(n) e(n) ~x(n) u(n) MSE (Mean Square Error) ξ=E(e(n)2 )=σ2 Param~trique d'un signal Identification m e(n) = x(n) +  ak x(n − k) ~x (n) = − aix(n − i) k=1 p i=1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 60 Crit~re d'optimisation Mod~le
Pr~diction lin~aire H(Z)= 1 = 1 1+a1Z−1 +a2Z−2 +....+amZ−m B(Z) • Ce filtre n'a que (AR). des p~les et il est appel~ filtre autoregressif • Les coefficients ak sont appel~s coefficients de pr~diction lin~aire Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 61
i=0 i=0 Le crit~re de minimisation implique: Pour que la rapport aux points. fonction soit minimale, ses d~riv~s par ces coefficients ak doivent s'annuler en dξ = 0 (1 ≤ k ≤ p) dak dξ = 2.E(e(n) de(n) ) da P = 2E(e(n)x(n − k)) = 2.E(a x(n − i)x(n − k)) i da i=0 k k P = 2. ai E(x(n − i)x(n − k)) P = 2. ai Rxx (i − k) = 0 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 62
p p p =σ = E(e(n) ) =E(e(n)aix(n−i)) =aiE(e(n)x(n))=aiR(i) 2 2 ξ i=0 R A 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 7xx 4 4 4 4 4 4 4 4 4 8 } p i=0 i=0 }rxe σ      1  2 Rxx(0) Rxx(1) . . . Rxx( p)      1)    a1  Rxx Rxx Rxx(p − (1) (0) 0             Rxx(0) . .  =  . .               Rxx(p−1) . .   ap  Rxx( p) Rxx( p −1) . . Rxx(0) 0 −1 Ap = Cours VOIP Rxx .rex Pr MOUGHIT Mohamed 63
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires ✓Le filtre d'analyse par pr~diction lin~aire est Ap(Z) Il est logique de ≤ i penser qu'il faut ≤ p) pour r~g~n~rer utiliser les coefficients (1 le signal original ✓Malheureusement ces coefficients ne pr~sentent pas des propri~t~s exploitables pour leurs sensibilit~s aux d'autres quantifications à cause de leurs bruits de quantification param~tres ont ~t~ introduits Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 64
Les Vocodeurs à pr~diction param~tres les plus utilis~s > PARCOR (Partiel Correlation) lin~aires sont: Les > > LAR( logarithm Area Ration) LSP (Line Spectrum Pair). Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 65
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires ❖ Les PARCOR Ils ont les propriétés suivantes: 1. Ils sont compris entre -1 et 1 pour un filtre stable 2. Les coefficients d’ordre le plus bas sont les plus importants. Le signal synthétisé est plus sensible à une variation de qu’à la même variation de kp. k1 3. Ils sont indépendants de l’ordre d’analyse. Une analyse d’ordre p fournit les mêmes p premiers coefficients de réflexion qu’une analyse d’ordre p+1. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 66
Les Vocodeurs à pr~diction ❖Les PARCOR Ils sont donn~s par la relation: lin~aires p −1  i = 0 p − a R ( i ) p −1,i = − K p E p −1 E 2 2 σ = = E (e (n) ) p p Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 67
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires ❖Les LAR Ils sont donnés par: =log( j ) LAR(j) Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 68 1− k 1+ kj
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires ❖ LSP Les LSP sont les solutions des polyn~mes P(Z)=A(Z)+Z−(p+1) A(Z−1 ) suivants: p p (Z)−Z−(p+1) A(Z−1 ) Q(Z)=A p p LSP m −1 −2 P(Z) =∏(1−2cos(w2i+1)Z +Z ) i=0 m Q(Z) = (1− Z−2 )∏(1−2cosw Z−1 + Z−2 ) 2i i=1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 69
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires ❖ LSP ✓ ✓ Elles s'alt~rent deux à deux sur le cercle unit~ Les LSP sont born~s et poss~dent la propri~t~ d'être ordonn~s ✓ Cette relation est la condition n~cessaire et suffisante pour la stabilit~ du filtre de synth~se. ✓ Une erreur dans un seul coefficient LSP ne se propage pas plus loin, son effet spectral est limit~ dans la r~gion ~troite autour de la fr~quence correspondant à ce coefficient. Cette propri~t~ permet une robustesse intrins~que vis-à-vis des erreurs de transmission et une v~rification simple de stabilit~ du filtre. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 70 0 < w1 < w2 < ....wp < π
Les Vocodeurs ❖LSP à pr~diction lin~aires Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 71
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 72
R E xx (τ ( x (t ). x (t − τ )) ) = = x (τ ) * x ( −τ ) 1 N x(t).x(t −τ) R (τ) = xx +1t=−N 2N R E ( x ( t ). x (τ ) * y 1 xy (τ y ( t − τ = = ) )) ( −τ N  t = − N ) (τ y (t − τ ) = R ) x (t). xy 2 N + 1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 73
Calcul des coefficients de pr~diction: Algorithme de LEVINSON • L'algorithme de LEVINSON est une proc~dure it~rative Il permet de r~soudre it~rativement • R-1. l'~quation A=r. • Il consiste à construire un filtre de pr~diction d'ordre p+1 à partir du filtre de pr~diction d'ordre p. A chaque ~tape p, le filtre est ~tabli de mani~re à minimiser l'erreur quadratique moyenne. • e (n)=x(n)−~ x(n)=x(n)+a x(n−1)+a x(n−2)......... +a x(n−p) p p,1 p,1 p,p Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 74
−1 −2 − p E (Z ) = X (Z ).( a p ,1 Z + a p ,1 Z .......... . + a p , p .Z ) p = X (Z ). Ap (Z ) eR (n)=x(n−p)−~x(n−p) p = x(n− p)+ap,1x(n− p+1)+ap,1x(n− p+2).........+ap,px(n) R − p − p+1 −2 E p (Z ) = X (Z ).(Z + a p,1Z + a p ,1Z ........... + a p , p ) − p −1 ) = X (Z ).Z A (Z p Z − p A (Z −1 ) = AR (Z) p p E R (Z ) = X (Z ).AR (Z ) p p Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 75
P R E((e p (n)) ) = E((aP,mx(n − p + m)) ) 2 2 m=à P aP,m.E(x(n − p + m)x(n − p + k)).ap,k = k,m=0 = E((e (n)2 ) p > Si R' la matrice d'autocorrelation dans laquelle nous avons invers~ à la fois l'ordre des lignes et des colonnes > A' vecteur des coefficients de pr~diction dans lequel on a invers~ l'ordre des composantes > r' le vecteur d'intercorrelation dans lequel on a invers~ l'ordre des composantes On aura: Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 76 A'.R'=r'
• Tenons compte que R est une matrice de toeplitz nous R .[a aurons: =[0 2 ]T 1]T σ a . . . 0 . . p p,p p,p-1 p A l’ordre p+1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 77
2 p σ α           1 0 a p , p . . . a p ,1 1                     a p ,1 0 . . . . a p , 2  R p +1   = . .  a p , p  α  2 p σ 0     p En multipliant chaque membre du syst~me le vecteur par [1 kp]T nous obtenons le syst~me d'ordre p+1 suivant : par Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 78
ap+1,i = ap,i + kp+1ap, p+1−i pour (1 ≤ i ≤ p) = k p+1 ap+1,p+1 Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 79
Pr MOUGHIT Mohamed Algorithme Levinson Cours VOIP 80
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires ✓Les codeurs param~triques ne cherchent pas à synth~tiser un signal ressemblant temporellement au signal original ✓ils tentent plut~t de produire un signal partir d'un mod~le approch~ de la phonation ✓Ils visent à reproduire correctement l'enveloppe spectrale à Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 81
Les Vocodeurs à pr~diction lin~aires Une trame d'un vocodeur comprend: ❖ 8 à 12 coefficients de corr~lation partielle (ou LSP) ❖L'~nergie de l'erreur de pr~diction (analyse LPC) ❖La fr~quence fondamentale ❖Si on analyse des trames de 20ms avec Fe=8khz, si on codes les 10 coefficients de pr~diction sur 4 bits chacun, et l'~nergie de l'erreur de pr~diction sur 7 bits et la fr~quence fondamentale sur 7bits, le d~bit est de 2,7kbits/s. L'excitation est soit un bruit blanc pour les sons non vois~s ou un train d'impulsion si le son est vois~. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 82
Les e0(n) Vocodeurs à pr~diction lin~aires ep(n ) K1 k2 kp eR (n) eR (n) p 0 Filtre en treillis Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 83 Z-1 Z-1
Codeurs Hybrides ✓Les codeurs mixtes mettent en jeu les techniques temporelles et param~triques. Ce type de codage consiste à mod~liser le conduit vocal sur des tranches de 10 à 30 ms par un filtre autoregressif 1/A(Z). Dans une premi~re g~n~ration de codeurs hybrides, l'entr~e id~ale du filtre de synth~se est l'erreur r~siduelle obtenue par filtrage du signal de parole original par le filtre A(Z). Du fait qu'une grande partie du signal est concentr~e dans les coefficients du filtre de synth~se, l'erreur r~siduelle a donc moins d'importance et sera pr~sent~ par un nombre r~duit de bit. Ce syst~me est appel~ approche LPC excit~ par le r~sidu (R~siduel Excited Linear Predictor, RELP). Le RELP est caract~ris~ par un d~bit aux alentours de 10 kbits/s. ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 84
Codeurs Hybrides ❖Codeurs CELP (Code Excited Linear Prediction) Dans une nouvelle g~n~ration de codeurs hybrides, le signal d'excitation optimal est d~termin~ par une m~thode d'analyse par synth~se: ❖ on cherche dans un ensemble de M formes d'ondes stock~es dans un dictionnaire, connu à priori par l'~metteur et le r~cepteur, le signal d'excitation qui rend minimale l'~nergie de la diff~rence entre le signal à coder et le signal de synth~se. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 86
Codeurs Hybrides ❖CELP Signal Original m−1 −(P+k) B(Z)=1−bkZ k=0 A(Z) W (Z ) = A(Z / λ) gain - l Schéma de principe du CELP Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 87 S~lection de la forme d'onde + Filtre perceptue Pr~dicteur court-terme Pr~dicteur Long-terme (LTP) Dictionnaire d'excitation
Codeurs Hybrides • Le codeur CELP est bas~ sur le principe de la pr~diction lin~aire. • Il est form~ par trois filtres : ✓ un ✓ un ✓ un filtre filtre filtre pr~dicteur à court terme 1/A(Z), long terme perceptuel (LTP) W(Z) 1/B(Z) Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 88
Codeurs LPC Hybrides ❖Analyse • Le filtre pr~dicteur à court terme consiste à mod~liser le conduit vocal par un filtre autoregressif 1/A(z). Le filtre LPC ne permet pas d'extraire toute la redondance du signal. si l'on filtre le signal de parole original par le filtre A(Z), l'erreur r~siduelle obtenue pour les sons vois~s pr~sente encore une certaine p~riodicit~ qui correspond à la p~riode de vibration des cordes vocales . Pour ~liminer cette p~riodicit~ on introduit un filtre LTP dans la structure du CELP • • • Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 89
Codeurs Hybrides 5 (a) 0 -5 0 2 4 6 8 10 12 14 5 (b) 0 -5 0 2 4 6 8 10 12 14 5 (c) 0 -5 0 2 4 6 8 10 12 14 t(ms) du mot matlab a- b- c- Cours VOIP lettre 'a' extrait erreur r~siduelle blanchissement de l'erreur r~siduelle Pr MOUGHIT Mohamed 90
Codeurs Hybrides ❖Analyse LTP l'ordre du filtre LTP m−1 −(P+k) −bkZ ) =1 B(Z k=0 P est le PITCH • Un filtre LTP d'ordre ~lev~ permet une plus fine de la structure p~riodique mais d~bit binaire. mod~lisation augmente le • G~n~ralement, un filtre LTP du premier ordre permet d'obtenir des r~sultats satisfaisants. Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 91
Codeurs Hybrides • Le Filtre LTP: • La r~duction de la redondance à long terme se ram~ne à minimiser l'~nergie E(b,P) de l'erreur de pr~diction à partir de la p~riode pr~c~dente. N −1 sa valeur provenant de e(n − p)]2 E (b, p) = [e n=0 Cours VOIP (n) − b Pr MOUGHIT Mohamed 92 B ( Z ) = 1 − bZ − P
Codeurs Hybrides • Pour une valeur donn~e de p, la valeur optimale de b est celle pour laquelle la d~riv~e de l'~nergie E(b,p) par rapport à b est nulle. Elle est donn~e par l'expression: N − 1  e ( n ) e ( n − p ) n = 0 = b N − 1  n = 0 2 ( e ( n − p )) Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 93
Codeurs Hybrides • La m~thode CPP ( Correlation Peak Picking) consiste à d~terminer la valeur P, comprise entre 16 et 160, qui maximise l'expression E(P) telle que: N−1 e(n)e(n −P) n=0 = E(P) Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 94
Codeurs Hybrides • Le filtre perceptuel W(z) permet, lors de la recherche du meilleur code d'excitation dans le dictionnaire, d'attribuer moins d'importance aux zones fr~quentielles ~nerg~tiques. En effet, la diff~rence entre le signal originale et le signal synth~tique est moins perceptible dans les zones formantiques où le signal a beaucoup d'~nergie. A la sortie du filtre perceptuel, nous avons un signal r~siduel de nature plus al~atoire et de dynamique plus faible que le signal original. Dans le dictionnaire, on cherche la forme la plus ressemblante à ce signal r~siduel. Son indice dans le dictionnaire sera transmis avec les coefficients des filtres de pr~diction court terme et long terme au d~codeur • • • • Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 95
VOIX SUR IP • Téléphonie sur IP : ToIP La téléphonie sur IP fait r~f~rence aux services de communication: voix, fax et les applications de messages vocaux. Ceux-ci sont transport~s par un r~seau IP; ce r~seau IP peut l'entreprise par internes. être le r~seau exemple pour de les appels Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 97
• Voix sur IP : VoIP La voix sur IP est la technologie permettant de num~ris~e en TCP/UDP sur La Voix sur IP transporter de la voix mode paquets au format une infrastructure IP. contr~le la livraison utilisant le de l'information vocale en protocole IP Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 98
• Les Contraintes de la ToIP - Optimisation de la bande passante : Pour un bon partage de la bande passante, il faut connaître l'ensemble des flux pouvant avoir une influence importante sur le transport de la voix. - Délai de transmission : Il comprend le codage, le passage en file d'attente d'émission, la propagation dans le réseau, la bufférisation en réception et le décodage Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 99
- Le phénomène d'écho: C'est le délai entre l'émission du signal et la réception de ce même signal en réverbération causée par les composants électroniques des parties analogiques - La gigue ou Jitter: Correspond à des écarts de délais de transmission entre des paquets consécutifs. Nécessite la mise en place de buffers en réception qui lissent ces écarts pour retrouver le rythme de l'émission - Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 100
• Les Avantages de la ToIP - - - - Économiser sur la facture t~l~com Simplifier les infrastructures Faciliter l'administration et la mobilit~ Homog~n~iser les services t~l~phoniques sur un ensemble de sites Faciliter l'int~gration avec le syst~me d'information Évoluer plus facilement Regrouper les ~quipes et se passer d'un prestataire - - - Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 101
• Le temps de latence: – – – Correspond au temps de r~ponse du r~seau VoIP Valeur th~orique: ≤ 100ms Valeur admise: ≤ 200ms • La gigue: – Correspond à la variation maximale du temps de latence envois cons~cutifs de paquets par la même source Valeur th~orique: ≤ 40ms Valeur admise: ≤ 75ms entre 2 – – • Le taux de perte du r~seau – Valeur – Valeur th~orique: ≤ 1% admise: ≤ 3% Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 104
Application Servers Application Call Servers (SoftSwitches) Control TDM ATM/IP TGW Data Media Backbone Access AGW End-Users Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 105
• H.323 (RFC 2543): – Plus mature et le plus utilis~ SIP (Session Initiation Protocol, IETF): • – – – Plus r~cent Plus souple Adapt~ aux r~seaux à tr~s grande ~chelle • MGCP (Media Gateway Control Protol): – – – Standard commun UIT (MEGACO) et IETF (H.248) Compl~mentaire à H.323 et SIP Passerelle entre les r~seaux IP et T~l~coms Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 106
• Les hardphones: – Pr~vu pour remplacer les t~l~phones traditionnels – Disposent d'une connexion LAN Les softphones: • – – – Logiciels d'~mulation de terminaux t~l~phoniques sur PC Num~rotation par clicks de souris L'utilisation est tributaire du PC connect~ au r~seau IP • Le Gatekeeper: – Serveur informatique localis~ sur le LAN avec les postes – R~alise les fonctions H.323 ou SIP La Gateway: – Passerelle avec le r~seau t~l~phonique commut~ – Contient des cartes d'interface T0, T2 ou analogique IP • Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 107
• Plateforme de supervision et d'administration r~seau ToIP Serveurs de messagerie vocale Standards t~l~phoniques du • • • • • Serveurs Serveurs Etc. de taxation d'enregistrement Cours VOIP Pr MOUGHIT Mohamed 108

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