DIGITALIZACIÓN DE LA VOZ Andrea Stefania Enriquez Caraguay Profesional en formación, Universidad Nacional de Loja Loja, Ecuador 2021 andrea.enriquez@unl.edu.ec, 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.