手機(jī)通信補(bǔ)充材料class課件

移動(dòng)電話通信原理補(bǔ)充移動(dòng)電話通信原理補(bǔ)充11.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述1.2數(shù)字通信流程1.3多址接入1.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述1.2數(shù)字通信流程1.3多址接入2一、基本概念起源于美國(guó)的貝爾系統(tǒng)模擬移動(dòng)通信系統(tǒng):AMPS、TACS、CMTS、NMT

蜂窩與微蜂窩技術(shù)：高容量、小區(qū)、頻率復(fù)用

PSTN、MTSO（MSC）、BSS、MS1.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述一、基本概念1.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述3移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與PSTN連接漫游移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與PSTN連接4二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成市話局交換子系統(tǒng)NSS基站子系統(tǒng)BSS操作維護(hù)系統(tǒng)OMSMS固定電話網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成市話局交換子系統(tǒng)NSS基站子系統(tǒng)5信道化擴(kuò)頻通信保密、抗干擾信道化63、數(shù)字信號(hào)射頻化無(wú)線電波攜帶信息的手段——相位、頻率、幅度一級(jí)調(diào)制——QPSK、GMSKIQ信號(hào)高頻電磁波3、數(shù)字信號(hào)射頻化一級(jí)調(diào)制——QPSK、GMSK7手機(jī)通信補(bǔ)充材料class課件8多址技術(shù)即區(qū)分信道或用戶的技術(shù)，使眾多的用戶共用公共的通信線路，擴(kuò)大了通信容量實(shí)現(xiàn)多址的基本方法：FrequencyDivisionMultipleAccessTimeDivisionMultipleAccessCodeDivisionMultipleAccess實(shí)際中混合多址1.3多址接入多址技術(shù)即區(qū)分信道或用戶的技術(shù)，使眾多的用戶共用公共的通信線9頻分多址頻分多址是將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道(或稱信道)供不同的用戶使用頻道互不重疊，其寬度僅能傳輸一路話音或數(shù)據(jù)信息相鄰信道無(wú)明顯串?dāng)_一般情況是，基站的發(fā)射頻率高，其接收頻率低任意兩個(gè)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)基站的中轉(zhuǎn)無(wú)線廣播第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)頻分多址頻分多址是將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道(10FDMA的頻道劃分方法

FDMA的頻道劃分方法11時(shí)分多址TDMA是將每個(gè)頻帶信道分割成若干個(gè)時(shí)隙（時(shí)間片），然后把每個(gè)時(shí)隙再分配給每個(gè)用戶方法：把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙無(wú)論是幀或時(shí)隙都是互不重疊的TDMA系統(tǒng)根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使移動(dòng)臺(tái)和基站之間在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙進(jìn)行通信不同的移動(dòng)臺(tái)共用一個(gè)頻率，但各個(gè)移動(dòng)臺(tái)占用的時(shí)間不同，即各移動(dòng)臺(tái)占用不同的“時(shí)隙”，分時(shí)通信第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí)分多址TDMA是將每個(gè)頻帶信道分割成若干個(gè)時(shí)隙（時(shí)間片），12TDMA示意圖TDMA示意圖13碼分多址不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用不同的編碼序列來(lái)區(qū)分，或者說(shuō)，靠信號(hào)的不同波形來(lái)區(qū)分從頻域或時(shí)域觀察，CDMA信號(hào)是相互重疊的！CDMA的關(guān)鍵是所用擴(kuò)頻碼有多少個(gè)不同的互相正交的碼序列，就有多少個(gè)不同的地址碼，也就有多少個(gè)碼分信道TDMA、FDMA的特點(diǎn)是為提高通信容量盡力壓縮帶寬；而CDMA不是擴(kuò)頻通信技術(shù)碼分多址不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)14CDMA示意圖CDMA示意圖15ENDEND16ＶｏＩＰ中的語(yǔ)音編碼技術(shù)分析(2009-04-0110:38:00)標(biāo)簽：雜談

隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的電話新業(yè)務(wù)——ＶｏＩＰ業(yè)務(wù)。ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩＰ，基于ＩＰ的語(yǔ)音通信）也稱為ＩＰ電話，是建立在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的新型數(shù)字化傳輸技術(shù)。ＶｏＩＰ的使用，可以極大地降低用戶的通信費(fèi)用，而互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展也促進(jìn)ＶｏＩＰ技術(shù)的迅猛發(fā)展。ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話的成功開發(fā)和應(yīng)用，預(yù)示了以ＩＰ為基礎(chǔ)的新一代信息網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，積極地探索和跟蹤這項(xiàng)新技術(shù)無(wú)疑具有十分重要的意義。

１語(yǔ)音編碼的原理

為使ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話能夠可靠地進(jìn)行語(yǔ)音通信，必須解決好兩個(gè)問(wèn)題：一是在保證一定話音質(zhì)量的前提下盡可能地降低編碼比特率，二是在ＩＰ網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保證一定的通話質(zhì)量。前者正是我們要探討的語(yǔ)音編碼技術(shù)，同一段語(yǔ)音信號(hào)，采用不同的編碼方式，其編碼后的比特率各不相同。那么如何對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼從而達(dá)到降低語(yǔ)音信號(hào)的比特率呢？

１．１利用了語(yǔ)音信號(hào)的相關(guān)性

語(yǔ)音信號(hào)主要存在兩方面的冗余度，即語(yǔ)音信號(hào)幅度分布的非均勻性和樣本之間的相關(guān)性。非均勻性表現(xiàn)為小幅度語(yǔ)音信號(hào)出現(xiàn)的概率大而大幅度語(yǔ)音信號(hào)出現(xiàn)的概率小，非均勻量化技術(shù)正是針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的這一特點(diǎn)而提出的，例如ＡＤＰＣＭ編碼算法；樣本之間的相關(guān)性表現(xiàn)為樣本點(diǎn)之間的短時(shí)相關(guān)性和相鄰基音周期之間的長(zhǎng)時(shí)相關(guān)性，利用語(yǔ)音信號(hào)的相關(guān)性，可以在實(shí)現(xiàn)低速率編碼時(shí)，也能保持較高的語(yǔ)音編碼質(zhì)量，例如線性預(yù)測(cè)算法就是利用這一原理。

１．２利用了人耳的聽覺(jué)特性

人耳對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的聽覺(jué)特性表現(xiàn)在３個(gè)方面：一是人耳對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的分辨率有限；二是人耳對(duì)語(yǔ)音信號(hào)某些失真不是很敏感；三是人耳的掩蔽效應(yīng)。低速率高品質(zhì)語(yǔ)音編碼算法的實(shí)現(xiàn)就是基于人耳的這些聽覺(jué)特性，既可以保證人耳感覺(jué)不到語(yǔ)音質(zhì)量的下降，又降低了語(yǔ)音編碼速率。

１．３靜音壓縮

測(cè)試表明，人在正常談話時(shí)，有５０％左右是靜音，而靜音信息只需很少幾個(gè)參數(shù)（４字節(jié)/幀）來(lái)表示。靜音編碼主要由兩個(gè)算法組成：語(yǔ)音檢測(cè)（ＶｏｉｃｅＡｃｔｉｖｉｔｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎＶＡＤ）和柔和噪聲再生（ＣｏｍｆｏｒｔＮｏｉｓｅＧｅｎｅｒａｔｏｒ

ＣＮＧ）。ＶＡＤ是用來(lái)檢測(cè)輸入的信號(hào)是實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)還是背景噪聲。如果檢測(cè)到是語(yǔ)音信號(hào)，則對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行固定速率的編碼；如果輸入信號(hào)被檢測(cè)為背景噪聲，編碼器則對(duì)其進(jìn)行低速率編碼。ＣＮＧ的作用是在話音信號(hào)的接收端重構(gòu)背景噪聲。在Ｇ．７２３．１編碼器中引入靜音壓縮技術(shù)后，實(shí)際的平均編碼速率要小于５．３ｋｂ/ｓ，可以達(dá)到３．５ｋｂ/ｓ以下。ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話中已被廣泛使用的線性預(yù)測(cè)合成分析編碼就是基于此項(xiàng)原理的應(yīng)用。

２語(yǔ)音編碼技術(shù)的分類

根據(jù)語(yǔ)音編碼的發(fā)展過(guò)程，我們把該技術(shù)歸納為以下３類：

２．１波形編碼（或稱為非參數(shù)編碼）

波形編解碼器基本上不考慮信號(hào)是如何產(chǎn)生的，而直接將輸入的模擬信號(hào)抽樣編碼，然后將量化后的樣值傳送到終端，在終端原始信號(hào)被重組到與原信號(hào)大致接近的程度。因此波形編碼方式是能夠忠實(shí)地表現(xiàn)波形的編碼方式。由于這類編碼器通常將語(yǔ)音信號(hào)作為一般的波形信號(hào)來(lái)處理，所以它具有適應(yīng)能力強(qiáng)、話音質(zhì)量好、抗噪抗誤碼的能力強(qiáng)等特點(diǎn)，它最大的缺點(diǎn)是同其他的編解碼器相比，它要使用大量的帶寬，當(dāng)波形編解碼器用于低帶寬時(shí)，話音質(zhì)量下降得非?？臁?/p>

脈沖編碼調(diào)制（ＰＣＭ）、自適應(yīng)增量調(diào)制（ＡＤＭ或ΔＭ編碼）、自適應(yīng)差分編碼（ＡＤＰＣＭ）、自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼（ＡＰＣ）、自適應(yīng)子帶編碼（ＡＳＢＣ）、自適應(yīng)變換編碼（ＡＴＣ）等都屬于波形編碼。

２．２參數(shù)編碼（或稱為模型編碼或聲碼化編碼）

參數(shù)編碼是根據(jù)聲音的形成模型，把聲音變換成參數(shù)的編碼方式。其基本方法是通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)特征參數(shù)的提取及編碼，力圖使重建語(yǔ)音信號(hào)具有盡可能的可懂性，即保持原語(yǔ)音的語(yǔ)義。而重建的信號(hào)波形同原語(yǔ)音信號(hào)的波形可能會(huì)有相當(dāng)大的差別。由于參數(shù)編碼是保護(hù)語(yǔ)聲模型，重建清晰可識(shí)別的語(yǔ)聲，而不注重波形的擬合，所以這類編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的是合成語(yǔ)聲質(zhì)量下的低速或極低速的編碼。參數(shù)編碼的優(yōu)點(diǎn)是：編碼速率低，編碼速率通常小于４．８ｋｂ/ｓ，可以低至６００ｂ/ｓ～２．４ｋｂ/ｓ；缺點(diǎn)是：合成語(yǔ)音質(zhì)量差，特別是自然度較低，連熟人之間都不一定能聽出講話人是誰(shuí)。另外，這類編碼器對(duì)講話環(huán)境噪聲較敏感，需要安靜的講話環(huán)境才能給出較高的可懂度，且時(shí)延大。

線性預(yù)測(cè)編碼（ＬＰＣ）、多帶激勵(lì)（ＭＢＥ）編碼、余弦變換編碼（ＳＴＣ）均屬參數(shù)編碼。

２．３混合編碼

混合編碼是將波形編碼與參數(shù)編碼結(jié)合而產(chǎn)生的一種編碼方式。采用線性技術(shù)構(gòu)成聲道模型，不只傳輸預(yù)測(cè)參數(shù)和清濁音信息，而是將預(yù)測(cè)誤差信息和預(yù)測(cè)參數(shù)同時(shí)傳輸，在接收端構(gòu)成新的激勵(lì)減去激勵(lì)預(yù)測(cè)參數(shù)構(gòu)成的合成濾波器，使得合成濾波器輸出的信號(hào)波形與原始語(yǔ)聲信號(hào)的波形最大程度地?cái)M合，從而獲得自然度較高的語(yǔ)聲?；旌暇幋a克服了原有波形編碼器與聲碼器的弱點(diǎn)，結(jié)合了它們的優(yōu)點(diǎn)，在４ｋｂ/ｓ～１６ｋｂ/ｓ速率上能夠得到高質(zhì)量合成語(yǔ)音，在本質(zhì)上具有波形編碼的優(yōu)點(diǎn)，有一定抗噪和抗誤碼的性能，但時(shí)延較大。

多脈沖線性預(yù)測(cè)編碼（ＭＰＬＰＣ）、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ＲＰＥＬＰＣ）、碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ＣＥＬＰＣ）、低時(shí)延的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ＬＤ－ＣＥＬＰＣ）等都屬于混合編碼。

３ＶｏＩＰ中常用語(yǔ)音編碼算法的性能分析和比較

３．１Ｇ．７１１協(xié)議

Ｇ．７１１是在電路交換電話網(wǎng)中普遍使用的一種波形編解碼算法。Ｇ．７１１以８ｋＨｚ作為抽樣頻率，如果使用統(tǒng)一量化方式，話音中通用的信號(hào)層次的每一個(gè)樣本就要１２比特來(lái)表示，這就產(chǎn)生了９６ｋｂ/ｓ的比特速率。如果使用不統(tǒng)一的量化方式，表示一個(gè)樣本只需要８比特。Ｇ．７１１通常被稱為ＰＣＭ（脈沖編碼調(diào)制）。

Ｇ．７１１有Ａ律和ｕ律兩個(gè)變型，兩者之間的區(qū)別主要在于不統(tǒng)一量化的使用方式，兩者都是關(guān)于０對(duì)稱。對(duì)于較低的信號(hào)層次來(lái)講，Ａ律對(duì)于信號(hào)的歪曲程度比ｕ律更小一些，這是因?yàn)樗鼘?duì)一個(gè)較大范圍內(nèi)的低層次信號(hào)提供較小的量化間隔，但以較大范圍內(nèi)的高層信號(hào)的較大量化層次為代價(jià)。Ａ律和ｕ律都提供了良好的語(yǔ)音質(zhì)量，并且Ｍｏｓ等級(jí)都在４．３左右。

３．２Ｇ．７２３協(xié)議

Ｇ．７２３協(xié)議是一個(gè)雙速率語(yǔ)音編碼協(xié)議，其兩種速率分別是５．３ｋｂ/ｓ和６．３ｋｂ/ｓ，較高比特率的輸出基于ＭＬ－ＭＬＱ技術(shù)，提供某種程度上較高質(zhì)量的音質(zhì)；較低速率的輸出基于ＣＥＬＰ，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了更大的靈活性。Ｇ．７２３．１協(xié)議的編解碼算法中兩種速率的編解碼基本原理是一樣的，只是激勵(lì)信號(hào)的量化方法有差別。對(duì)高速率（６．３ｋｂ/ｓ）編碼器，其激勵(lì)信號(hào)采用多脈沖最大似然量化（ＭＰ－ＭＬＱ）法進(jìn)行量化，對(duì)低速率（５．３ｋｂ/ｓ）編碼器，其激勵(lì)信號(hào)采用代數(shù)碼激碼線性預(yù)測(cè)（ＡＣＥＬＰ）法量化。

編碼過(guò)程是首先選速率為６４ｋｂ/ｓ的ＰＣＭ語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的ＰＣＭ信號(hào)，然后把輸入語(yǔ)音信號(hào)的每２４０個(gè)樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，也就是３０ｍｓ的幀長(zhǎng)。每個(gè)幀通過(guò)高通濾波器后再分為４個(gè)子幀。對(duì)于每個(gè)子幀，計(jì)算出１０階線性預(yù)測(cè)濾波器的系數(shù)。為了適于矢量量化，把預(yù)測(cè)系數(shù)轉(zhuǎn)化為線性頻譜對(duì)（ＬｉｎｅＳｐｅｃｔｒｕｍＰａｉｒ，ＬＳＰ），然后進(jìn)行矢量量化。量化前的系數(shù)構(gòu)成短時(shí)感覺(jué)加權(quán)濾波器，原始語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)該濾波器得到感覺(jué)加權(quán)語(yǔ)音信號(hào)。對(duì)于每?jī)蓚€(gè)子幀，編碼器用感覺(jué)加權(quán)語(yǔ)音信號(hào)求得開環(huán)基音周期，基音周期范圍從１８?jìng)€(gè)樣點(diǎn)到１４２個(gè)樣點(diǎn)。此后編碼器所進(jìn)行的操作都是基于６０個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行的。由開環(huán)基音周期和感覺(jué)加權(quán)是在開環(huán)基音周期點(diǎn)周圍的一定范圍內(nèi)求得的。最后，激勵(lì)信號(hào)被量化，然后把這些參數(shù)和激勵(lì)信號(hào)量化結(jié)果傳送到解碼器。由于幀長(zhǎng)為３０ｍｓ，并存在另外的７．５ｍｓ的前向延遲，導(dǎo)致３７．５ｍｓ總的編碼延遲。

Ｇ．７２３協(xié)議適用于低速率多媒體服務(wù)中語(yǔ)音或音頻信號(hào)的壓縮算法，在ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)中，被用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音編碼解碼處理。

３．３Ｇ．７２６協(xié)議

Ｇ．７２６協(xié)議采用的是ＡＤＰＣＭ語(yǔ)音編碼算法，提供了６４ｋｂ/ｓＰＣＭ碼流至低速率ＡＤＰＣＭ碼流的轉(zhuǎn)換。協(xié)議給出４０ｋｂ/ｓ，３２ｋｂ/ｓ，２４ｋｂ/ｓ和１６ｋｂ/ｓ４種比特率。其中，４０ｋｂ/ｓ信道主要用于在數(shù)字電路倍增設(shè)備（ＤＣＭＥ）上傳送數(shù)據(jù)ｍｏｄｅｍ信號(hào)，特別用于４．８ｋｂ/ｓ以上速率的ｍｏｄｅｍ；２４ｋｂ/ｓ和１６ｋｂ/ｓ信道主要用作ＤＣＭＥ語(yǔ)音傳送的過(guò)載信道。Ｇ．７２６設(shè)計(jì)的主要用途仍然是傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)，但是其低比特率方案也可用于ＶｏＩＰ。

３．４Ｇ．７２８協(xié)議

Ｇ．７２８協(xié)議采用的編碼算法是ＬＤ－ＣＥＬＰ，即低時(shí)延的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的算法。ＬＤ－ＣＥＬＰ采用后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)器（ＢａｃｋｗｏｒｄＡｄａｐｔｉｖｅＰｒｅｄｉｃｔｏｒ）對(duì)短時(shí)譜和增益進(jìn)行預(yù)測(cè)。ＬＤ－ＣＥＬＰ編碼器發(fā)送的只是激勵(lì)矢量在碼本中的地址標(biāo)號(hào)，而解碼端的濾波器參數(shù)和增益參數(shù)都是在解碼端計(jì)算得來(lái)的。在大多數(shù)編碼系統(tǒng)中，這類參數(shù)都是在編碼端求得，然后傳輸?shù)浇獯a端。

編碼過(guò)程是首先將速率為６４ｋｂ/ｓ的ＰＣＭ輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的ＰＣＭ信號(hào)，接著由５個(gè)連續(xù)的語(yǔ)音樣點(diǎn)組成一個(gè)５維矢量，激勵(lì)碼本中共有１０２４個(gè)５維矢量。對(duì)每一個(gè)輸入矢量，編碼器利用合成—分析法從碼本中搜索出最佳碼本矢量，然后將１０比特的碼本標(biāo)號(hào)傳給對(duì)方。每２０個(gè)樣點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)復(fù)幀，一個(gè)復(fù)幀構(gòu)成一個(gè)自適應(yīng)周期，每復(fù)幀更新一次ＬＰ系數(shù)。最佳碼本矢量通過(guò)增益加權(quán)和合成濾波器后形成合成語(yǔ)音，該合成語(yǔ)音用來(lái)更新濾波器狀態(tài)，以便繼續(xù)為下一個(gè)輸入矢量進(jìn)行編碼。合成濾波器系數(shù)和增益分別通過(guò)各自的后向自適應(yīng)單元進(jìn)行周期性地更新。

３．５Ｇ．７２９協(xié)議

Ｇ．７２９協(xié)議是一個(gè)能在８ｋｂ/ｓ速率上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量語(yǔ)音編碼的協(xié)議，它采用的是ＣＳ－ＡＣＥＬＰ即共軛結(jié)構(gòu)算術(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的算法。ＣＳ－ＡＣＥＬＰ以ＣＥＬＰ編碼模型為基礎(chǔ)，它把語(yǔ)音分成幀，每幀１０ｍｓ，也就是８０個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)于每一幀語(yǔ)音，編碼器從中分析出ＣＥＬＰ模型參數(shù)，其中包括線性預(yù)測(cè)系數(shù)，自適應(yīng)碼本和隨機(jī)碼本的索引值和增益，然后把這些參數(shù)傳送到解碼端，解碼器利用這些參數(shù)構(gòu)成激勵(lì)源和合成濾波器，從而重現(xiàn)原始語(yǔ)音。

編碼過(guò)程是首先將速率為６４ｋｂ/ｓ的ＰＣＭ語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的ＰＣＭ信號(hào)，通過(guò)高通濾波器后，把輸入語(yǔ)音信號(hào)的每８０個(gè)樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，也就是１０ｍｓ的幀長(zhǎng)。對(duì)于每個(gè)幀用線性預(yù)測(cè)法求得ＬＰ濾波器系數(shù)，為了適于矢量量化，把預(yù)測(cè)系數(shù)轉(zhuǎn)化為線譜對(duì)，然后進(jìn)行矢量量化。利用合成—分析方法，使原始語(yǔ)音和合成語(yǔ)音之間的誤差最小，來(lái)獲得最佳激勵(lì)信號(hào)。激勵(lì)信號(hào)的量化是通過(guò)兩個(gè)碼本來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即自適應(yīng)碼本和隨機(jī)碼本。自適應(yīng)碼本反映的是長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果，也就是基音預(yù)測(cè)結(jié)果。隨機(jī)碼本反映的是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)和短時(shí)預(yù)測(cè)后的殘留信號(hào)。

在ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)中，Ｇ．７２９協(xié)議被用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音編碼處理。

３．６ＶｏＩＰ常用語(yǔ)音編碼算法的性能分析和比較

從表１可以看出：Ｇ．７１１由于采用的是波形編碼算法，具有高質(zhì)量和低時(shí)延的語(yǔ)音，主要的缺點(diǎn)是需要６４ｋｂ/ｓ的帶寬。Ｇ．７２３．１，Ｇ７２８，Ｇ．７２９都采用了混合編碼算法，混合編碼把激勵(lì)模型和語(yǔ)音的時(shí)域波形結(jié)合到一起，從而改善了合成語(yǔ)音的質(zhì)量。但這３種語(yǔ)音壓縮編碼算法的區(qū)別在于激勵(lì)模型的不同。Ｇ．７２３．１Ｍｏｓ值約為３．８，優(yōu)點(diǎn)在于僅需要很窄的語(yǔ)音帶寬便可具有較高的語(yǔ)音質(zhì)量；缺點(diǎn)在于在編碼器一端至少有３７．５ｍｓ的時(shí)延。Ｇ．７２８最大的優(yōu)點(diǎn)是它能提供高質(zhì)量和低時(shí)延的語(yǔ)音。

４結(jié)語(yǔ)

語(yǔ)音編碼技術(shù)是建立和處理ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話的原動(dòng)力，可以預(yù)見(jiàn)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，原來(lái)Ｇ．７１１的６４ｋｂ/ｓ語(yǔ)音編碼算法最終會(huì)被淘汰，并由低比特率編碼算法所替代。

ＶｏＩＰ中的語(yǔ)音編碼技術(shù)分析(2009-04-0110:317頻率復(fù)用——通用功率控制RAKE接收機(jī)CDMA切換1.4CDMA的特征和優(yōu)勢(shì)頻率復(fù)用——通用1.4CDMA的特征和優(yōu)勢(shì)18功率控制克服遠(yuǎn)近效應(yīng)功率控制19手機(jī)通信補(bǔ)充材料class課件20RAKE接收機(jī)克服多徑干擾RAKE接收機(jī)21CDMA切換一個(gè)呼叫從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)小區(qū)的處理過(guò)程保持通信的連續(xù)性軟切換、空閑切換、硬切換CDMA切換22CDMA優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)具有軟容量（取決于擴(kuò)頻碼的數(shù)量）多媒體通信（寬帶特性）語(yǔ)音質(zhì)量高（可采用冗余度高的糾錯(cuò)編碼）無(wú)需防護(hù)間隔實(shí)現(xiàn)軟切換保密性強(qiáng)低功耗（功率控制，僅僅為TDMA平均功率的十分之一）建網(wǎng)成本低CDMA優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)具有軟容量（取決于擴(kuò)頻碼的數(shù)量）231.5呼叫處理階段初始化空閑模式接入模式通話模式1.5呼叫處理階段初始化24通用移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMACDMA2000TD-SCDMA1.6UMTS簡(jiǎn)介1.6UMTS簡(jiǎn)介253G的目標(biāo)全球漫游多種無(wú)線技術(shù)的融合/并存網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多元化/分層化發(fā)展頻率資源的一致性業(yè)務(wù)的寬代化/智能化/個(gè)性化/多樣化便于過(guò)渡和演進(jìn)多頻多模終端衛(wèi)星系統(tǒng)宏蜂窩微蜂窩城區(qū)室內(nèi)微微蜂窩全球郊區(qū)3G的目標(biāo)全球漫游衛(wèi)星系統(tǒng)宏蜂窩微蜂窩城區(qū)室內(nèi)微微蜂窩全球郊261、WCDMA技術(shù)由愛(ài)立信、諾基亞等歐洲設(shè)備制造商提出的基于CDMA擴(kuò)頻技術(shù)的IMT2000CDMAFDD技術(shù)充分考慮現(xiàn)有GSM系統(tǒng)的后向兼容性WCDMA的技術(shù)特點(diǎn)可適應(yīng)多種速率的傳輸，靈活地提供多種業(yè)務(wù)基站之間無(wú)需同步優(yōu)化的分組數(shù)據(jù)傳輸方式支持不同載頻之間的切換上、下行快速功率控制反向采用導(dǎo)頻輔助的相干檢測(cè)（提高反向解調(diào)增益，提高功率控制準(zhǔn)確性）充分考慮了信號(hào)設(shè)計(jì)對(duì)EMC的影響1、WCDMA技術(shù)272、CDMA2000技術(shù)北美的LUCENT、MOTOROLA、NORTEL、QUALCOMM公司以及韓國(guó)SAMSUNG等公司聯(lián)合提出的基于IS－95的IMT2000CDMAFDD標(biāo)準(zhǔn)充分考慮現(xiàn)有窄帶CDMA系統(tǒng)的后向兼容性沿用IS－95的主要技術(shù)思路，如幀長(zhǎng)20ms，采用IS－95的軟切換和功率控制技術(shù)，需要GPS同步等。但也做了一些實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，主要有：反向信道采用連續(xù)導(dǎo)頻方式反向信道相干接收前向發(fā)送分集全部速率采用CRC方式充分考慮了信號(hào)設(shè)計(jì)對(duì)EMC的影響2、CDMA2000技術(shù)283、TD－SCDMA技術(shù)中國(guó)提出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IMT2000CDMATDD技術(shù)主要特點(diǎn)：能使用各種頻率資源，不需要成對(duì)的頻率適用于不對(duì)稱的上下行數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率，特別適用于IP型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上下行工作于同一頻率，對(duì)稱的電波傳播特性使之便于使用智能天線等新技術(shù)，達(dá)到提高性能、降低成本的目的設(shè)備成本可能比FDD系統(tǒng)低20－50％3、TD－SCDMA技術(shù)29第一章小結(jié)移動(dòng)通信系統(tǒng)組成數(shù)字通信流程話音信號(hào)處理模擬信號(hào)/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)射頻化移動(dòng)通信的多址接入方式和各自特點(diǎn)CDMA的特征和優(yōu)勢(shì)頻率復(fù)用——通用功率控制——克服遠(yuǎn)近效應(yīng)RAKE接收機(jī)——克服多徑干擾CDMA切換——實(shí)現(xiàn)通信的連續(xù)性呼叫處理階段UMTS簡(jiǎn)介作業(yè)：Page21：1，6，7，8第一章小結(jié)移動(dòng)通信系統(tǒng)組成CDMA的特征和優(yōu)勢(shì)作業(yè)：Page30/mo/wwwThankYou!/mo/ww31移動(dòng)電話通信原理補(bǔ)充移動(dòng)電話通信原理補(bǔ)充321.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述1.2數(shù)字通信流程1.3多址接入1.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述1.2數(shù)字通信流程1.3多址接入33一、基本概念起源于美國(guó)的貝爾系統(tǒng)模擬移動(dòng)通信系統(tǒng):AMPS、TACS、CMTS、NMT

蜂窩與微蜂窩技術(shù)：高容量、小區(qū)、頻率復(fù)用

PSTN、MTSO（MSC）、BSS、MS1.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述一、基本概念1.1蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)概述34移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與PSTN連接漫游移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與PSTN連接35二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成市話局交換子系統(tǒng)NSS基站子系統(tǒng)BSS操作維護(hù)系統(tǒng)OMSMS固定電話網(wǎng)移動(dòng)通信系統(tǒng)二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成二、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)基本組成市話局交換子系統(tǒng)NSS基站子系統(tǒng)36信道化擴(kuò)頻通信保密、抗干擾信道化373、數(shù)字信號(hào)射頻化無(wú)線電波攜帶信息的手段——相位、頻率、幅度一級(jí)調(diào)制——QPSK、GMSKIQ信號(hào)高頻電磁波3、數(shù)字信號(hào)射頻化一級(jí)調(diào)制——QPSK、GMSK38手機(jī)通信補(bǔ)充材料class課件39多址技術(shù)即區(qū)分信道或用戶的技術(shù)，使眾多的用戶共用公共的通信線路，擴(kuò)大了通信容量實(shí)現(xiàn)多址的基本方法：FrequencyDivisionMultipleAccessTimeDivisionMultipleAccessCodeDivisionMultipleAccess實(shí)際中混合多址1.3多址接入多址技術(shù)即區(qū)分信道或用戶的技術(shù)，使眾多的用戶共用公共的通信線40頻分多址頻分多址是將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道(或稱信道)供不同的用戶使用頻道互不重疊，其寬度僅能傳輸一路話音或數(shù)據(jù)信息相鄰信道無(wú)明顯串?dāng)_一般情況是，基站的發(fā)射頻率高，其接收頻率低任意兩個(gè)移動(dòng)用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過(guò)基站的中轉(zhuǎn)無(wú)線廣播第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)頻分多址頻分多址是將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道(41FDMA的頻道劃分方法

FDMA的頻道劃分方法42時(shí)分多址TDMA是將每個(gè)頻帶信道分割成若干個(gè)時(shí)隙（時(shí)間片），然后把每個(gè)時(shí)隙再分配給每個(gè)用戶方法：把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙無(wú)論是幀或時(shí)隙都是互不重疊的TDMA系統(tǒng)根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使移動(dòng)臺(tái)和基站之間在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙進(jìn)行通信不同的移動(dòng)臺(tái)共用一個(gè)頻率，但各個(gè)移動(dòng)臺(tái)占用的時(shí)間不同，即各移動(dòng)臺(tái)占用不同的“時(shí)隙”，分時(shí)通信第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí)分多址TDMA是將每個(gè)頻帶信道分割成若干個(gè)時(shí)隙（時(shí)間片），43TDMA示意圖TDMA示意圖44碼分多址不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用不同的編碼序列來(lái)區(qū)分，或者說(shuō)，靠信號(hào)的不同波形來(lái)區(qū)分從頻域或時(shí)域觀察，CDMA信號(hào)是相互重疊的！CDMA的關(guān)鍵是所用擴(kuò)頻碼有多少個(gè)不同的互相正交的碼序列，就有多少個(gè)不同的地址碼，也就有多少個(gè)碼分信道TDMA、FDMA的特點(diǎn)是為提高通信容量盡力壓縮帶寬；而CDMA不是擴(kuò)頻通信技術(shù)碼分多址不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)45CDMA示意圖CDMA示意圖46ENDEND47ＶｏＩＰ中的語(yǔ)音編碼技術(shù)分析(2009-04-0110:38:00)標(biāo)簽：雜談

隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一種基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的電話新業(yè)務(wù)——ＶｏＩＰ業(yè)務(wù)。ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩＰ，基于ＩＰ的語(yǔ)音通信）也稱為ＩＰ電話，是建立在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的新型數(shù)字化傳輸技術(shù)。ＶｏＩＰ的使用，可以極大地降低用戶的通信費(fèi)用，而互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展也促進(jìn)ＶｏＩＰ技術(shù)的迅猛發(fā)展。ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話的成功開發(fā)和應(yīng)用，預(yù)示了以ＩＰ為基礎(chǔ)的新一代信息網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，積極地探索和跟蹤這項(xiàng)新技術(shù)無(wú)疑具有十分重要的意義。

１語(yǔ)音編碼的原理

為使ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話能夠可靠地進(jìn)行語(yǔ)音通信，必須解決好兩個(gè)問(wèn)題：一是在保證一定話音質(zhì)量的前提下盡可能地降低編碼比特率，二是在ＩＰ網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保證一定的通話質(zhì)量。前者正是我們要探討的語(yǔ)音編碼技術(shù)，同一段語(yǔ)音信號(hào)，采用不同的編碼方式，其編碼后的比特率各不相同。那么如何對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼從而達(dá)到降低語(yǔ)音信號(hào)的比特率呢？

１．１利用了語(yǔ)音信號(hào)的相關(guān)性

語(yǔ)音信號(hào)主要存在兩方面的冗余度，即語(yǔ)音信號(hào)幅度分布的非均勻性和樣本之間的相關(guān)性。非均勻性表現(xiàn)為小幅度語(yǔ)音信號(hào)出現(xiàn)的概率大而大幅度語(yǔ)音信號(hào)出現(xiàn)的概率小，非均勻量化技術(shù)正是針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的這一特點(diǎn)而提出的，例如ＡＤＰＣＭ編碼算法；樣本之間的相關(guān)性表現(xiàn)為樣本點(diǎn)之間的短時(shí)相關(guān)性和相鄰基音周期之間的長(zhǎng)時(shí)相關(guān)性，利用語(yǔ)音信號(hào)的相關(guān)性，可以在實(shí)現(xiàn)低速率編碼時(shí)，也能保持較高的語(yǔ)音編碼質(zhì)量，例如線性預(yù)測(cè)算法就是利用這一原理。

１．２利用了人耳的聽覺(jué)特性

人耳對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的聽覺(jué)特性表現(xiàn)在３個(gè)方面：一是人耳對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的分辨率有限；二是人耳對(duì)語(yǔ)音信號(hào)某些失真不是很敏感；三是人耳的掩蔽效應(yīng)。低速率高品質(zhì)語(yǔ)音編碼算法的實(shí)現(xiàn)就是基于人耳的這些聽覺(jué)特性，既可以保證人耳感覺(jué)不到語(yǔ)音質(zhì)量的下降，又降低了語(yǔ)音編碼速率。

１．３靜音壓縮

測(cè)試表明，人在正常談話時(shí)，有５０％左右是靜音，而靜音信息只需很少幾個(gè)參數(shù)（４字節(jié)/幀）來(lái)表示。靜音編碼主要由兩個(gè)算法組成：語(yǔ)音檢測(cè)（ＶｏｉｃｅＡｃｔｉｖｉｔｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎＶＡＤ）和柔和噪聲再生（ＣｏｍｆｏｒｔＮｏｉｓｅＧｅｎｅｒａｔｏｒ

ＣＮＧ）。ＶＡＤ是用來(lái)檢測(cè)輸入的信號(hào)是實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)還是背景噪聲。如果檢測(cè)到是語(yǔ)音信號(hào)，則對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行固定速率的編碼；如果輸入信號(hào)被檢測(cè)為背景噪聲，編碼器則對(duì)其進(jìn)行低速率編碼。ＣＮＧ的作用是在話音信號(hào)的接收端重構(gòu)背景噪聲。在Ｇ．７２３．１編碼器中引入靜音壓縮技術(shù)后，實(shí)際的平均編碼速率要小于５．３ｋｂ/ｓ，可以達(dá)到３．５ｋｂ/ｓ以下。ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話中已被廣泛使用的線性預(yù)測(cè)合成分析編碼就是基于此項(xiàng)原理的應(yīng)用。

２語(yǔ)音編碼技術(shù)的分類

根據(jù)語(yǔ)音編碼的發(fā)展過(guò)程，我們把該技術(shù)歸納為以下３類：

２．１波形編碼（或稱為非參數(shù)編碼）

波形編解碼器基本上不考慮信號(hào)是如何產(chǎn)生的，而直接將輸入的模擬信號(hào)抽樣編碼，然后將量化后的樣值傳送到終端，在終端原始信號(hào)被重組到與原信號(hào)大致接近的程度。因此波形編碼方式是能夠忠實(shí)地表現(xiàn)波形的編碼方式。由于這類編碼器通常將語(yǔ)音信號(hào)作為一般的波形信號(hào)來(lái)處理，所以它具有適應(yīng)能力強(qiáng)、話音質(zhì)量好、抗噪抗誤碼的能力強(qiáng)等特點(diǎn)，它最大的缺點(diǎn)是同其他的編解碼器相比，它要使用大量的帶寬，當(dāng)波形編解碼器用于低帶寬時(shí)，話音質(zhì)量下降得非?？臁?/p>

脈沖編碼調(diào)制（ＰＣＭ）、自適應(yīng)增量調(diào)制（ＡＤＭ或ΔＭ編碼）、自適應(yīng)差分編碼（ＡＤＰＣＭ）、自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼（ＡＰＣ）、自適應(yīng)子帶編碼（ＡＳＢＣ）、自適應(yīng)變換編碼（ＡＴＣ）等都屬于波形編碼。

２．２參數(shù)編碼（或稱為模型編碼或聲碼化編碼）

參數(shù)編碼是根據(jù)聲音的形成模型，把聲音變換成參數(shù)的編碼方式。其基本方法是通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)特征參數(shù)的提取及編碼，力圖使重建語(yǔ)音信號(hào)具有盡可能的可懂性，即保持原語(yǔ)音的語(yǔ)義。而重建的信號(hào)波形同原語(yǔ)音信號(hào)的波形可能會(huì)有相當(dāng)大的差別。由于參數(shù)編碼是保護(hù)語(yǔ)聲模型，重建清晰可識(shí)別的語(yǔ)聲，而不注重波形的擬合，所以這類編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的是合成語(yǔ)聲質(zhì)量下的低速或極低速的編碼。參數(shù)編碼的優(yōu)點(diǎn)是：編碼速率低，編碼速率通常小于４．８ｋｂ/ｓ，可以低至６００ｂ/ｓ～２．４ｋｂ/ｓ；缺點(diǎn)是：合成語(yǔ)音質(zhì)量差，特別是自然度較低，連熟人之間都不一定能聽出講話人是誰(shuí)。另外，這類編碼器對(duì)講話環(huán)境噪聲較敏感，需要安靜的講話環(huán)境才能給出較高的可懂度，且時(shí)延大。

線性預(yù)測(cè)編碼（ＬＰＣ）、多帶激勵(lì)（ＭＢＥ）編碼、余弦變換編碼（ＳＴＣ）均屬參數(shù)編碼。

２．３混合編碼

混合編碼是將波形編碼與參數(shù)編碼結(jié)合而產(chǎn)生的一種編碼方式。采用線性技術(shù)構(gòu)成聲道模型，不只傳輸預(yù)測(cè)參數(shù)和清濁音信息，而是將預(yù)測(cè)誤差信息和預(yù)測(cè)參數(shù)同時(shí)傳輸，在接收端構(gòu)成新的激勵(lì)減去激勵(lì)預(yù)測(cè)參數(shù)構(gòu)成的合成濾波器，使得合成濾波器輸出的信號(hào)波形與原始語(yǔ)聲信號(hào)的波形最大程度地?cái)M合，從而獲得自然度較高的語(yǔ)聲?；旌暇幋a克服了原有波形編碼器與聲碼器的弱點(diǎn)，結(jié)合了它們的優(yōu)點(diǎn)，在４ｋｂ/ｓ～１６ｋｂ/ｓ速率上能夠得到高質(zhì)量合成語(yǔ)音，在本質(zhì)上具有波形編碼的優(yōu)點(diǎn)，有一定抗噪和抗誤碼的性能，但時(shí)延較大。

多脈沖線性預(yù)測(cè)編碼（ＭＰＬＰＣ）、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ＲＰＥＬＰＣ）、碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ＣＥＬＰＣ）、低時(shí)延的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ＬＤ－ＣＥＬＰＣ）等都屬于混合編碼。

３ＶｏＩＰ中常用語(yǔ)音編碼算法的性能分析和比較

３．１Ｇ．７１１協(xié)議

Ｇ．７１１是在電路交換電話網(wǎng)中普遍使用的一種波形編解碼算法。Ｇ．７１１以８ｋＨｚ作為抽樣頻率，如果使用統(tǒng)一量化方式，話音中通用的信號(hào)層次的每一個(gè)樣本就要１２比特來(lái)表示，這就產(chǎn)生了９６ｋｂ/ｓ的比特速率。如果使用不統(tǒng)一的量化方式，表示一個(gè)樣本只需要８比特。Ｇ．７１１通常被稱為ＰＣＭ（脈沖編碼調(diào)制）。

Ｇ．７１１有Ａ律和ｕ律兩個(gè)變型，兩者之間的區(qū)別主要在于不統(tǒng)一量化的使用方式，兩者都是關(guān)于０對(duì)稱。對(duì)于較低的信號(hào)層次來(lái)講，Ａ律對(duì)于信號(hào)的歪曲程度比ｕ律更小一些，這是因?yàn)樗鼘?duì)一個(gè)較大范圍內(nèi)的低層次信號(hào)提供較小的量化間隔，但以較大范圍內(nèi)的高層信號(hào)的較大量化層次為代價(jià)。Ａ律和ｕ律都提供了良好的語(yǔ)音質(zhì)量，并且Ｍｏｓ等級(jí)都在４．３左右。

３．２Ｇ．７２３協(xié)議

Ｇ．７２３協(xié)議是一個(gè)雙速率語(yǔ)音編碼協(xié)議，其兩種速率分別是５．３ｋｂ/ｓ和６．３ｋｂ/ｓ，較高比特率的輸出基于ＭＬ－ＭＬＱ技術(shù)，提供某種程度上較高質(zhì)量的音質(zhì)；較低速率的輸出基于ＣＥＬＰ，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了更大的靈活性。Ｇ．７２３．１協(xié)議的編解碼算法中兩種速率的編解碼基本原理是一樣的，只是激勵(lì)信號(hào)的量化方法有差別。對(duì)高速率（６．３ｋｂ/ｓ）編碼器，其激勵(lì)信號(hào)采用多脈沖最大似然量化（ＭＰ－ＭＬＱ）法進(jìn)行量化，對(duì)低速率（５．３ｋｂ/ｓ）編碼器，其激勵(lì)信號(hào)采用代數(shù)碼激碼線性預(yù)測(cè)（ＡＣＥＬＰ）法量化。

編碼過(guò)程是首先選速率為６４ｋｂ/ｓ的ＰＣＭ語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的ＰＣＭ信號(hào)，然后把輸入語(yǔ)音信號(hào)的每２４０個(gè)樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，也就是３０ｍｓ的幀長(zhǎng)。每個(gè)幀通過(guò)高通濾波器后再分為４個(gè)子幀。對(duì)于每個(gè)子幀，計(jì)算出１０階線性預(yù)測(cè)濾波器的系數(shù)。為了適于矢量量化，把預(yù)測(cè)系數(shù)轉(zhuǎn)化為線性頻譜對(duì)（ＬｉｎｅＳｐｅｃｔｒｕｍＰａｉｒ，ＬＳＰ），然后進(jìn)行矢量量化。量化前的系數(shù)構(gòu)成短時(shí)感覺(jué)加權(quán)濾波器，原始語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)該濾波器得到感覺(jué)加權(quán)語(yǔ)音信號(hào)。對(duì)于每?jī)蓚€(gè)子幀，編碼器用感覺(jué)加權(quán)語(yǔ)音信號(hào)求得開環(huán)基音周期，基音周期范圍從１８?jìng)€(gè)樣點(diǎn)到１４２個(gè)樣點(diǎn)。此后編碼器所進(jìn)行的操作都是基于６０個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行的。由開環(huán)基音周期和感覺(jué)加權(quán)是在開環(huán)基音周期點(diǎn)周圍的一定范圍內(nèi)求得的。最后，激勵(lì)信號(hào)被量化，然后把這些參數(shù)和激勵(lì)信號(hào)量化結(jié)果傳送到解碼器。由于幀長(zhǎng)為３０ｍｓ，并存在另外的７．５ｍｓ的前向延遲，導(dǎo)致３７．５ｍｓ總的編碼延遲。

Ｇ．７２３協(xié)議適用于低速率多媒體服務(wù)中語(yǔ)音或音頻信號(hào)的壓縮算法，在ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)中，被用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音編碼解碼處理。

３．３Ｇ．７２６協(xié)議

Ｇ．７２６協(xié)議采用的是ＡＤＰＣＭ語(yǔ)音編碼算法，提供了６４ｋｂ/ｓＰＣＭ碼流至低速率ＡＤＰＣＭ碼流的轉(zhuǎn)換。協(xié)議給出４０ｋｂ/ｓ，３２ｋｂ/ｓ，２４ｋｂ/ｓ和１６ｋｂ/ｓ４種比特率。其中，４０ｋｂ/ｓ信道主要用于在數(shù)字電路倍增設(shè)備（ＤＣＭＥ）上傳送數(shù)據(jù)ｍｏｄｅｍ信號(hào)，特別用于４．８ｋｂ/ｓ以上速率的ｍｏｄｅｍ；２４ｋｂ/ｓ和１６ｋｂ/ｓ信道主要用作ＤＣＭＥ語(yǔ)音傳送的過(guò)載信道。Ｇ．７２６設(shè)計(jì)的主要用途仍然是傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)，但是其低比特率方案也可用于ＶｏＩＰ。

３．４Ｇ．７２８協(xié)議

Ｇ．７２８協(xié)議采用的編碼算法是ＬＤ－ＣＥＬＰ，即低時(shí)延的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的算法。ＬＤ－ＣＥＬＰ采用后向自適應(yīng)預(yù)測(cè)器（ＢａｃｋｗｏｒｄＡｄａｐｔｉｖｅＰｒｅｄｉｃｔｏｒ）對(duì)短時(shí)譜和增益進(jìn)行預(yù)測(cè)。ＬＤ－ＣＥＬＰ編碼器發(fā)送的只是激勵(lì)矢量在碼本中的地址標(biāo)號(hào)，而解碼端的濾波器參數(shù)和增益參數(shù)都是在解碼端計(jì)算得來(lái)的。在大多數(shù)編碼系統(tǒng)中，這類參數(shù)都是在編碼端求得，然后傳輸?shù)浇獯a端。

編碼過(guò)程是首先將速率為６４ｋｂ/ｓ的ＰＣＭ輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的ＰＣＭ信號(hào)，接著由５個(gè)連續(xù)的語(yǔ)音樣點(diǎn)組成一個(gè)５維矢量，激勵(lì)碼本中共有１０２４個(gè)５維矢量。對(duì)每一個(gè)輸入矢量，編碼器利用合成—分析法從碼本中搜索出最佳碼本矢量，然后將１０比特的碼本標(biāo)號(hào)傳給對(duì)方。每２０個(gè)樣點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)復(fù)幀，一個(gè)復(fù)幀構(gòu)成一個(gè)自適應(yīng)周期，每復(fù)幀更新一次ＬＰ系數(shù)。最佳碼本矢量通過(guò)增益加權(quán)和合成濾波器后形成合成語(yǔ)音，該合成語(yǔ)音用來(lái)更新濾波器狀態(tài)，以便繼續(xù)為下一個(gè)輸入矢量進(jìn)行編碼。合成濾波器系數(shù)和增益分別通過(guò)各自的后向自適應(yīng)單元進(jìn)行周期性地更新。

３．５Ｇ．７２９協(xié)議

Ｇ．７２９協(xié)議是一個(gè)能在８ｋｂ/ｓ速率上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量語(yǔ)音編碼的協(xié)議，它采用的是ＣＳ－ＡＣＥＬＰ即共軛結(jié)構(gòu)算術(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)的算法。ＣＳ－ＡＣＥＬＰ以ＣＥＬＰ編碼模型為基礎(chǔ)，它把語(yǔ)音分成幀，每幀１０ｍｓ，也就是８０個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)于每一幀語(yǔ)音，編碼器從中分析出ＣＥＬＰ模型參數(shù)，其中包括線性預(yù)測(cè)系數(shù)，自適應(yīng)碼本和隨機(jī)碼本的索引值和增益，然后把這些參數(shù)傳送到解碼端，解碼器利用這些參數(shù)構(gòu)成激勵(lì)源和合成濾波器，從而重現(xiàn)原始語(yǔ)音。

編碼過(guò)程是首先將速率為６４ｋｂ/ｓ的ＰＣＭ語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化成均勻量化的ＰＣＭ信號(hào)，通過(guò)高通濾波器后，把輸入語(yǔ)音信號(hào)的每８０個(gè)樣點(diǎn)組成一個(gè)幀，也就是１０ｍｓ的幀長(zhǎng)。對(duì)于每個(gè)幀用線性預(yù)測(cè)法求得ＬＰ濾波器系數(shù)，為了適于矢量量化，把預(yù)測(cè)系數(shù)轉(zhuǎn)化為線譜對(duì)，然后進(jìn)行矢量量化。利用合成—分析方法，使原始語(yǔ)音和合成語(yǔ)音之間的誤差最小，來(lái)獲得最佳激勵(lì)信號(hào)。激勵(lì)信號(hào)的量化是通過(guò)兩個(gè)碼本來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即自適應(yīng)碼本和隨機(jī)碼本。自適應(yīng)碼本反映的是長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果，也就是基音預(yù)測(cè)結(jié)果。隨機(jī)碼本反映的是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)和短時(shí)預(yù)測(cè)后的殘留信號(hào)。

在ＩＰ電話網(wǎng)關(guān)中，Ｇ．７２９協(xié)議被用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音編碼處理。

３．６ＶｏＩＰ常用語(yǔ)音編碼算法的性能分析和比較

從表１可以看出：Ｇ．７１１由于采用的是波形編碼算法，具有高質(zhì)量和低時(shí)延的語(yǔ)音，主要的缺點(diǎn)是需要６４ｋｂ/ｓ的帶寬。Ｇ．７２３．１，Ｇ７２８，Ｇ．７２９都采用了混合編碼算法，混合編碼把激勵(lì)模型和語(yǔ)音的時(shí)域波形結(jié)合到一起，從而改善了合成語(yǔ)音的質(zhì)量。但這３種語(yǔ)音壓縮編碼算法的區(qū)別在于激勵(lì)模型的不同。Ｇ．７２３．１Ｍｏｓ值約為３．８，優(yōu)點(diǎn)在于僅需要很窄的語(yǔ)音帶寬便可具有較高的語(yǔ)音質(zhì)量；缺點(diǎn)在于在編碼器一端至少有３７．５ｍｓ的時(shí)延。Ｇ．７２８最大的優(yōu)點(diǎn)是它能提供高質(zhì)量和低時(shí)延的語(yǔ)音。

４結(jié)語(yǔ)

語(yǔ)音編碼技術(shù)是建立和處理ＶｏＩＰ網(wǎng)絡(luò)電話的原動(dòng)力，可以預(yù)見(jiàn)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，原來(lái)Ｇ．７１１的６４ｋｂ/ｓ語(yǔ)音編碼算法最終會(huì)被淘汰，并由低比特率編碼算法所替代。

ＶｏＩＰ中的語(yǔ)音編碼技術(shù)分析(2009-04-0110:348頻