Влияние кодеков на пропускную способность и качество

Курс: Asterisk и FreePBX: От GUI к Глубокому Администрированию и Оптимизации16+

Мы уже знаем, как работают аудиокодеки G.711, G.729 и Opus. Теперь разберём, как их характеристики влияют на два ключевых параметра VoIP-связи: пропускную способность сети и качество звука. Выбор кодека — всегда компромисс, и умение найти баланс — важный навык администратора Asterisk.

Пропускная способность: сколько данных «съедает» кодек?

Пропускная способность, или битрейт, — это объём данных, передаваемых за единицу времени. В VoIP каждый голосовой пакет содержит не только аудиоданные, но и служебную информацию (заголовки IP, UDP, RTP).

Давайте посмотрим, как разные кодеки влияют на нужную пропускную способность.

Расчёт пропускной способности

Для оценки пропускной способности используем формулу:

$\text{Битрейт} = \frac{(\text{Размер полезной нагрузки кодека} + \text{Размер заголовков}) \times 8}{\text{Время пакетизации}}$

Где:

Размер полезной нагрузки кодека — объём аудиоданных, которые кодек генерирует за один интервал пакетизации (например, 20 мс).
Размер заголовков — сумма размеров заголовков IP (20 байт), UDP (8 байт) и RTP (12 байт). Итого 40 байт.
Время пакетизации — интервал, через который формируются и отправляются голосовые пакеты (обычно 20 мс).

Примеры для популярных кодеков при времени пакетизации 20 мс:

Кодек	Битрейт кодека (кбит/с)	Размер полезной нагрузки (байт/20мс)	Общий размер пакета (байт)	Общий битрейт (кбит/с)
G.711	64	160	160 + 40 = 200	(200 * 8) / 0.02 = 80
G.729	8	16	16 + 40 = 56	(56 * 8) / 0.02 = 22.4
Opus	6-510 (переменный)	Зависит от битрейта	Зависит от битрейта	Зависит от битрейта

Важно: Эти значения — битрейт одного направления. Для дуплексного разговора (входящий и исходящий трафик) значения удваиваются. Например, для G.711 это будет 160 кбит/с.

Влияние на сеть

G.711 (PCMU/PCMA): Высокое качество, но и высокая пропускная способность. Нужен стабильный канал. Идеален для локальных сетей или каналов с избыточной пропускной способностью.
G.729: Низкая пропускная способность. Отличный выбор для каналов с ограниченной пропускной способностью (например, удалённые офисы через VPN, мобильные сети). Однако, он требует лицензирования в Asterisk (хотя для FreePBX Distro часто уже включён) и сильнее нагружает CPU.
Opus: Очень гибкий кодек с переменным битрейтом. Адаптируется к качеству сети, обеспечивая хорошее качество при низкой пропускной способности и отличное — при высокой. Идеален для нестабильных сетей, но также более требователен к ресурсам CPU.

Качество звука: что мы слышим?

Качество звука — субъективная оценка, но она сильно зависит от кодека.

G.711: «Золотой стандарт» в телефонии. Обеспечивает почти студийное качество, так как не использует сжатие с потерями (lossy compression). Голос звучит естественно, без артефактов.
G.729: Использует сильное сжатие с потерями. Голос может звучать немного «металлически» или «роботизированно», особенно при долгих разговорах. При многократном перекодировании (транскодинге) качество может сильно ухудшаться.
Opus: При высоких битрейтах может сравниться с G.711, а при низких — значительно превосходит G.729 по качеству, минимизируя артефакты сжатия. Разработан для широкого спектра аудио, включая музыку, что делает его очень универсальным.

Транскодинг: когда Asterisk перекодирует аудио

Транскодинг — это преобразование аудио из одного кодека в другой. Он происходит, когда две стороны вызова используют разные кодеки, а Asterisk выступает посредником.

Пример:

Внутренний абонент использует G.711.
Внешний транк (провайдер) работает с G.729.

В этом случае Asterisk принимает G.711 от абонента, перекодирует его в G.729 для транка, и наоборот.

Последствия транскодинга:

Нагрузка на CPU: Транскодинг — ресурсоёмкая операция. Чем больше одновременных вызовов с транскодингом, тем выше нагрузка на процессор сервера Asterisk. Это может вызвать задержки, потерю пакетов и ухудшение качества звука.
Потеря качества: Каждое перекодирование (особенно между кодеками с потерями, такими как G.729) приводит к дополнительной потере информации. Это накапливается и ухудшает качество звука.
Задержки (Latency): Перекодирование занимает время, что увеличивает общую задержку в голосовом тракте.

Совет: Старайтесь избегать транскодинга. Настраивайте кодеки на оконечных устройствах и транках так, чтобы они совпадали. Если транскодинг неизбежен, используйте сервер с достаточной вычислительной мощностью.

Выбор кодека в FreePBX и Asterisk

В FreePBX вы управляете приоритетом кодеков для каждого транка и внутреннего экстеншена.

Для транков: В настройках транка (например, Settings -> Trunks -> Ваш_Транк -> PJSIP Settings -> Advanced -> Codecs) укажите разрешённые кодеки и их порядок. Обычно провайдеры указывают предпочтительные кодеки.
Для экстеншенов: Аналогично, в настройках экстеншена (Applications -> Extensions -> Ваш_Экстеншен -> Advanced -> Codecs) задайте разрешённые кодеки.

Asterisk предложит кодеки в указанном порядке. Если обе стороны поддерживают один и тот же кодек, он будет выбран. Если нет, Asterisk попытается найти общий кодек и, при необходимости, выполнит транскодинг.

Практические рекомендации

Локальная сеть: Используйте G.711 (ulaw/alaw) для максимального качества, если пропускная способность не проблема.
Удалённые офисы/VPN: G.729 или Opus (если поддерживается) помогут сэкономить пропускную способность.
Мобильные клиенты: Opus — отличный выбор благодаря его адаптивности к качеству сети.
Избегайте транскодинга: По возможности, унифицируйте кодеки на всех устройствах и транках.
Мониторинг: Следите за загрузкой CPU на сервере Asterisk, особенно если используете G.729 или активный транскодинг.

Понимание влияния кодеков на пропускную способность и качество связи — это фундамент для оптимизации вашей VoIP-системы. В следующем разделе мы перейдём к одной из самых распространённых проблем в VoIP — преодолению NAT, которая часто становится причиной односторонней слышимости и проблем с регистрацией.