Arquitectura

Muestreo y cuantificación

La señal de la voz es contínua en el tiempo y en amplitud. Para que pueda ser procesada por hardware(y software) digital es necesario convertirla a una señal que sea discreta tanto en el tiempo como en amplitud.
Muestreo

El muestreo consiste en el proceso de conversión de señales contínuas a señales discretas en el tiempo. Este proceso se realizada midiendo laseñal en momentos periódicos del tiempo.
Veamos un ejemplo, dada la siguiente señal contínua :

Tras muestrearla, obtenemos la siguiente señal discreta :

En el ejemplo anterior hemos visto el efecto de muestrear una señal sinusoidal. Si aumentamos el número de muestras por unidad de tiempo, la señal muestreada se parecerá más a la señal contínua. El número de muestras por segundo se conoce eninglés como el bit-rate.
Si el bit-rate es lo suficientemente alto, la señal muestreada contendrá la misma información que la señal original. Respecto a esto, el criterio de Nyquist asegura que para que la señal muestreada contenga la misma información que la contínua, la separación mínima entre dos instantes de muestreo debe ser 1/(2 W) , siendo W el ancho de banda de la señal. Dicho de otraforma, que la frecuencia de muestreo debe ser mayor o igual que 2 W.

Otro concepto básico relacionado con la codificación de la voz es la cuantificación

Cuantificación
La cuantificación es la conversión de una señal discreta en el tiempo evaluada de forma contínua a una señal discreta en el tiempo discrétamente evaluada. El valor de cada muestra de la señal se representa como un valor elegido deentre un conjunto finito de posibles valores.
Se conoce como error de cuantificación (o ruido), a la diferencia entre la señal de entrada (sin cuantificar) y la señal de salida (ya cuantificada), interesa que el ruido sea lo más bajo posible. Para conseguir esto, se pueden usar distintas técnicas de cuantificación:
* Cuantificación uniforme
* Cuantificación logarítmica
*Cuantificación no uniforme
* Cuantificación vectorial

Cuantificación uniforme

En los cuantificadores uniformes (o lineales) la distancia entre los niveles de reconstrucción es siempre la misma, como se observa en la siguiente figura:
No hacen ninguna suposición acerca de la naturaleza de la señal a cuantificar, de ahí que no proporcionen los mejores resultados. Sin embargo, tienen como ventaja queson los más fáciles y menos costosos de implementar.
En la siguiente figura se ve un ejemplo de cuantificación uniforme:

Cuantificación logarítmica

Las señales de voz pueden tener un rango dinámico superior a los 60 dB, por lo que para conseguir una alta calidad de voz se deben usar un elevado número de niveles de reconstrucción. Sin embargo, interesa que la resolución del cuantificador seamayor en las partes de la señal de menor amplitud que en las de mayor amplitud. Por tanto, en la cuantificación lineal se desperdician niveles de reconstrucción y, consecuentemente, ancho de banda. Esto se puede mejorar incrementando la distancia entre los niveles de reconstrucción conforme aumenta la amplitud de la señal.
Un método sencillo para conseguir esto es haciendo pasar la señal por uncompresor logarítmico antes de la cuantificación. Esta señal comprimida puede ser cuantificada uniformemente. A la salida del sistema, la señal pasa por un expansor, que realiza la función inversa al compresor. A esta técnica se le llamacompresión. Su principal ventaja es que es muy fácil de implementar y funciona razonáblemente bien con señales distintas a la de la voz.
Para llevar a cabo lacompresión existen dos funciones muy utilizadas: Ley-A (utilizada principalmente en Europa) y ley-µ(utilizada en EEUU).
Ley-A :

Ley-µ :

En la mayoría de los sistemas telefónicos, A se fija a 87.56 y µ a 255.
La siguiente figura muestra la gráfica de la ley-µ para distintos valores de µ:

Cuantificación no uniforme

El problema de la cuantificación uniforme es que conforme aumenta la...