Gerçek Zamanlı Dijital Ses İletimi Nasıl Çalışır?

İnsanoğlunun temel temel ihtiyaçlarından biri iletişimdir.

Jestler, yüz ifadeleri, (yazılı) işaretler aracılığıyla iletişim – ama hepsinden önemlisi konuşma dili. Çünkü bunun jestlere ve işaretlere göre bir avantajı vardır: birkaç bileşenden oluşur (kelime seçimi, vurgu) – böylece söylenenlerin anlamını daha açık bir şekilde iletebilir. Bir kelimeden önce hafif bir duraklama bile, biraz farklı bir vurgu – ve bir ifade aniden karşıtına dönüşür. Yani bir konuşmada karşıdaki kişiyi görmek o kadar önemli değil, içerik öncelikle ses ve kelimeler aracılığıyla aktarılıyor.

Bu nedenle, konuşmaları tam olarak orijinal sesleriyle – gecikme olmadan, bozulma olmadan – sanki konuşmacı yanınızda oturuyormuş gibi iletmek çok daha önemlidir.

Ve işte tam da bu noktada telefonda ilk engel yatıyor – ve dijitalde daha da fazla. Çünkü burada her şey mümkün – iyisiyle kötüsüyle!

Önsöz

Bir arama yapmak için ahizeyi kaldırdığınızda telefonunda gerçekte neler olup bittiğini kim düşünür? Bu videoda size gerçek zamanlı iletişimde yer alan karmaşık süreçler hakkında bir fikir vermek istiyoruz. Her şey söylenen sözle başlar. Ahizedeki bir mikrofon, konuşulan kelimenin ses basıncını kaydeder ve bunu bir genliğe, yani bir analog sinyale dönüştürür. Genlik, örneğin, konuşulan kelimenin hacmini veya sıklığını temsil eder.

Bir sonraki adımda, bu sinyal sayısallaştırılmalıdır. Bunu yapmak için önceki dalga biçimi veya genliği “kuantize” olmalıdır (kuanta olarak oluşturulmalıdır). Bu süreçte, sinyalin durumu benzersiz, spesifik bir değerle tanımlanır. Örneğin, genlik düzeyine bağlı olarak 1 veya 0 ile.

Bu şekilde, önceki dalga, bu rasterdeki her “sapmanın” bir önceki analog genliğin şeklini andırdığı bir rasterde çözülür.

Sinyali sayısallaştırırken mümkün olduğunca az bilgi kaybetmek için, nicelemenin örnekleme hızı çok önemlidir – yani, raster önceki genliği ne kadar ince örneklemektedir.

Ancak sayısallaştırma hikayenin sonu değil – sinyal şimdi işlenmeli, sıkıştırılmalı ve her şeyden önce iletime hazır hale getirilmelidir. Tabii ki, tüm bunlar kesintisiz ve gerçek zamanlı olarak ve son derece verimli bir şekilde yapılmalıdır.

Kodek

Codec bileşeni yalnızca sinyali dijitalleştirmekle kalmaz, aynı zamanda sıkıştırır – böylece sinyali çok fazla düşürmeden dosya boyutunu küçültür. Aynı zamanda, kodek uzak istasyondaki sinyali geri çözer ve anlayabileceğimiz bir analog sinyale geri dönüştürür.

Sıkıştırma, gerçek zamanlı iletişimde önemli bir rol oynar. Sonuçta, sinyal uzak istasyona gerçek zamanlı olarak ve kesintisiz olarak ulaşmalıdır. Ancak aynı zamanda sıkıştırma her zaman kalite kaybı anlamına gelir – orijinal sinyal kesilir.

MP3 örneği, sıkıştırmanın her zaman kötü bir şey olmadığını gösterir. Bu tür sıkıştırma ile, diğer, daha yüksek sesli sinyaller tarafından maskelenen sinyaller basitçe kesilir. Bu, daha az bilgi ve dolayısıyla daha küçük, daha verimli dosyalar anlamına gelir.

IP telefonundaki kodekler, mümkün olan en küçük ve en verimli veri paketlerini oluşturmak için benzer şekilde çalışır. İşte nasıl çalıştığı:

Codec bileşeni, ses sinyalini her 125 mikro saniyede bir 8.000 Hz örnekleme hızında örnekler ve bir örnek oluşturur. Bu örnek daha sonra örneğin frekans aralığı orijinal 15.000 kalpten 3.000 – 3.400 kalbe indirilerek 8 bit’e sıkıştırılır.

Gerçek Zamanlı İletişim

Sinyal sıkıştırılıp optimize edildikten ve ayrıca küçük veri paketlerine bölündükten sonra, paketler artık mümkün olduğunca verimli ve hızlı bir şekilde alıcıya gönderilmelidir. Bu amaçla, doğrudan SIP protokolüne entegre edilmiş çeşitli protokoller kullanılır. SIP ağ protokolü, iki veya daha fazla katılımcı arasındaki kontrolü ve iletişim oturumunu devralır. SIP protokolü yalnızca iletişim modalitelerini müzakere etmekle kalmaz, aynı zamanda (S)RTP veya UDP protokolü gibi diğer protokoller de protokolün kendisine entegre edilir.

İnternet telefonunda iletişim gerçek zamanlı olarak gerçekleşmelidir, yani önceden oluşturulmuş veri paketleri alıcıya mümkün olduğunca çabuk ulaşmalı ve her şeyden önce doğru zamanda paketten çıkarılmalı ve geri dönüştürülmelidir. Paketleri iletim için hazırlama görevi, RTP (Gerçek Zamanlı Aktarım Protokolü) adı verilen tarafından gerçekleştirilir. Posta hizmetine benzer şekilde, bu protokol, bireysel veri paketlerinin mümkün olduğunca verimli bir şekilde ve daha sonra paketlerin kodunu çözmek için gereken tüm bilgilerle birlikte gönderilmesini sağlar.

Tüm paketler hazırlandıktan sonra, sözde UDP protokolü (Kullanıcı Datagram Protokolü) devreye girer. UDP, İnternet protokollerinin taşıma katmanına ait olan minimal, bağlantısız bir ağ protokolüdür. Veri paketlerinin bilgisayar ağları ve İnternet üzerinden hızlı bir şekilde iletilmesini sağlar.

Ancak, UDP protokolü yalnızca tek taraflı çalışır, yani ne olursa olsun veri paketleri gönderir ve paketlerin tamamen alıcıya ulaşıp ulaşmadığını asla bilmez. Bu aynı zamanda önceki adımlarda paketlerin olabildiğince verimli ve küçük paketlenmesinin nedenidir, çünkü paketlerden biri zamanında gönderilemezse veya alıcıya tam olarak ulaşmazsa, kayıp olarak kabul edilir.

Veri paketi alıcıya tam zamanında ulaştıysa, tüm süreç baştan başlar, ancak ters sırada. Gerekli veri paketleri birleştirilir ve paketten çıkarılır, dijital ses sinyali bir analog sinyale dönüştürülür ve ahizeye entegre edilmiş hoparlör aracılığıyla çıkış verilir.