無(wú)線通信技術(shù)基礎(chǔ)-10話音編碼技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)基礎(chǔ)第10章、話音編碼技術(shù)內(nèi)容介紹

在以話音為主要業(yè)務(wù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，話音編碼技術(shù)是非常重要的，話音編碼在很大程度上決定了接收到的話音質(zhì)量和系統(tǒng)容量。

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，無(wú)線信道的帶寬是極其有限的資源，如何在有限的無(wú)線信道帶寬中容納更多的用戶同時(shí)通話，一直是移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心問(wèn)題。采用多進(jìn)制調(diào)制可以提高帶寬效率，但同時(shí)功率效率會(huì)降低。

低比特率的話音編碼提供了解決問(wèn)題的一種方法，在保證話音質(zhì)量的前提下，話音編碼器的比特率越低，一定的帶寬內(nèi)就可以容納更多的話音通道。因此，產(chǎn)品制造商和服務(wù)提供商們一直在不斷地尋求新的話音編碼技術(shù)，以便在低比特率下提供高質(zhì)量的話音。本章重點(diǎn)話音編碼器的種類脈沖編碼調(diào)制頻域話音編碼參量編碼混合編碼話音編碼的選擇和性能評(píng)估第10.1節(jié)、話音信號(hào)的特性要實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)字化，首先要將模擬話音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。話音信號(hào)的波形是帶限的，帶寬一般在0.3~3.4KHz內(nèi)。根據(jù)奈奎斯特取樣定理，有限的帶寬意味著它可以用一定的速率抽樣，當(dāng)抽樣頻率大于低通信號(hào)頻率的兩倍時(shí)，就可以從抽樣值中完全恢復(fù)話音波形。話音信號(hào)的波形具有一些對(duì)編碼設(shè)計(jì)有用的特性，這些特性可以使量化操作以很高的效率實(shí)現(xiàn)。概率分布密度函數(shù)：在中低幅度處的概率分布高，在幅度很高處的概率分布低，在這兩個(gè)極端之間單調(diào)遞減。自相關(guān)函數(shù)：話音相連的抽樣值之間存在很大的相關(guān)性。對(duì)每一個(gè)話音抽樣，有很大的成分可以從前面的抽樣值中預(yù)測(cè)。功率譜密度函數(shù)：具有非平坦特性，在不同頻域分別編碼可以得到編碼增益，能夠用來(lái)在頻域內(nèi)明顯地壓縮話音編碼的比特率。第10.2節(jié)、話音編碼的分類移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量大都是帶寬受限的，話音編碼技術(shù)對(duì)通話質(zhì)量、帶寬利用率和系統(tǒng)容量都具有重大影響。低碼率的數(shù)字話音編碼可以提高信道容量，而糾錯(cuò)能力強(qiáng)的編碼可以保證系統(tǒng)在較低的C/N條件下的通話質(zhì)量。同時(shí)為了使話音編碼具有實(shí)用價(jià)值（用于移動(dòng)終端），話音編碼技術(shù)還必須消耗很少的功率。話音編碼的目的是在不超過(guò)一定的算法復(fù)雜程度和通信時(shí)延的前提下，占用盡可能少的信道帶寬來(lái)傳送盡可能高質(zhì)量的話音。話音編碼的算法越復(fù)雜，編碼效率越高（比特率越低），但相應(yīng)的時(shí)延、費(fèi)用和功耗也就越高。必須在這兩個(gè)相互矛盾的因素之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，話音編碼技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)就是使這個(gè)平衡點(diǎn)向更低比特率的方向移動(dòng)。各種話音編碼技術(shù)在話音信號(hào)的壓縮方法上有很大區(qū)別。根據(jù)壓縮方式的不同，可以把話音編碼器分成兩大類：波形編碼器和參量編碼器。第10.2節(jié)、話音編碼的分類波形編碼是直接對(duì)模擬話音信號(hào)的時(shí)域電壓波形進(jìn)行取樣、量化和編碼，使之變成數(shù)字話音信號(hào)。參量編碼是根據(jù)人類語(yǔ)言的發(fā)聲機(jī)理，找出表征話音特征的參量，只對(duì)這些特征參量進(jìn)行編碼的一種方法。第10.2節(jié)、話音編碼的分類混合編碼技術(shù)：混合編碼是近年來(lái)隨著移動(dòng)通信的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的一種新的高性能話音編碼技術(shù)。在混合編碼的信號(hào)中既包含若干話音特征參量信息又包含部分波形編碼信息?；旌暇幋a的速率一般在4~16Kbps，當(dāng)編碼速率在8~16Kbps范圍時(shí)，話音質(zhì)量可以達(dá)到商用話音通信的標(biāo)準(zhǔn)，因此，混合編碼技術(shù)在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛應(yīng)用。移動(dòng)通信系統(tǒng)中對(duì)話音編碼的要求編碼速率低。話音質(zhì)量高。有較強(qiáng)的擾噪聲干擾和抗誤碼性能。編譯碼時(shí)延小，應(yīng)在幾十毫秒以內(nèi)。編譯碼器的復(fù)雜程度低，便于大規(guī)模集成化生產(chǎn)。體積小、重量輕、功耗低，適應(yīng)便攜式移動(dòng)臺(tái)。第10.3節(jié)、脈沖編碼調(diào)制最基本的波形編碼是脈沖編碼調(diào)制（PCM）。PCM的優(yōu)點(diǎn)是話音質(zhì)量好，缺點(diǎn)是編碼速率高、體積大。PCM不僅可以提供用戶話音業(yè)務(wù)，還可以提供從2M到155M速率的非話音業(yè)務(wù)。PCM數(shù)字信號(hào)是通過(guò)對(duì)連續(xù)變化的模擬話音信號(hào)進(jìn)行取樣、量化和編碼產(chǎn)生。取樣過(guò)程將時(shí)間連續(xù)、幅度連續(xù)的模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間離散、幅度連續(xù)的模擬信號(hào)；量化過(guò)程將取樣信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間離散、幅度離散的數(shù)字信號(hào)；編碼過(guò)程將量化后的信號(hào)編碼成為一個(gè)二進(jìn)制碼組輸出。PCM對(duì)話音信號(hào)的取樣頻率是8KHz，每次取樣的量化值為8個(gè)比特，總的編碼速率為64Kbps（8KHz×8bit=64Kbps）。量化是一個(gè)非常重要的步驟，它在很大程度上決定了整個(gè)話音編碼的失真大小。PCM的量化和編碼有二種標(biāo)準(zhǔn)，歐洲和我國(guó)等大多數(shù)國(guó)家使用A律標(biāo)準(zhǔn)（E1），而北美洲及日本使用μ律標(biāo)準(zhǔn)（T1）。第10.3節(jié)、脈沖編碼調(diào)制1、量化噪聲量化就是把一個(gè)信號(hào)的連續(xù)幅值分割成一系列有限的離散幅值的過(guò)程，用一組規(guī)定的電平，將經(jīng)過(guò)抽樣得到的瞬時(shí)抽樣值進(jìn)行有限比特的編碼，也就是用一組有限長(zhǎng)度的二進(jìn)制編碼來(lái)表示每一個(gè)有固定電平的量化值。與抽樣不同，量化操作是不可逆的。根據(jù)奈奎斯特取樣定理，只要取樣頻率大于話音波形最高頻率的兩倍，就可以沒(méi)有失真地完全恢復(fù)話音波形。而量化是使用有限的階梯來(lái)描述抽樣后的連續(xù)幅度值（四舍五入，分級(jí)取整），必然會(huì)產(chǎn)生量化失真。量化失真的大小取決于量化階梯的數(shù)量，如果量化使用了n個(gè)比特，那么就會(huì)有M=2n個(gè)離散的幅度階梯。量化后的信號(hào)失真通常稱作量化噪聲。量化噪聲是與信號(hào)獨(dú)立的，它們與信號(hào)的關(guān)系是相加，不管有沒(méi)有信號(hào)，噪聲都存在。可以通過(guò)測(cè)量輸出的量化信噪比（SQNR）來(lái)測(cè)試一個(gè)量化器的性能。第10.3節(jié)、脈沖編碼調(diào)制2、均勻量化把輸入信號(hào)的取值范圍按照等間隔分割的量化稱為均勻量化。均勻量化的幅度階梯是等間隔的，也就是說(shuō)，將整個(gè)抽樣的動(dòng)態(tài)范圍均勻地劃分成2n個(gè)階梯，抽樣得到的瞬時(shí)抽樣值根據(jù)對(duì)應(yīng)的臺(tái)階分級(jí)取整進(jìn)行量化。均勻量化的好處是編碼器和解碼器很容易實(shí)現(xiàn)。主要缺點(diǎn)是它產(chǎn)生的量化噪聲也是均勻的，與信號(hào)在取樣點(diǎn)的幅度無(wú)關(guān)，無(wú)論抽樣值的大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，均勻量化會(huì)出現(xiàn)話音弱時(shí)信噪比低、干擾大，而話音強(qiáng)時(shí)信噪比高、干擾小的不利情況。由于話音大都集中在小信號(hào)范圍內(nèi)，均勻量化在話音幅度小的時(shí)候常常不能滿足信噪比的要求，而在話音幅度大時(shí)又會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有必要的很大余量，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍將會(huì)受到很大限制。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中一般采用非均勻量化。第10.3節(jié)、脈沖編碼調(diào)制3、非均勻量化非均勻量化就是根據(jù)輸入波形幅度的非均勻概率分布密度函數(shù)（PDF）來(lái)分布量化電平，在保持量化總級(jí)數(shù)不變（即總編碼速率為64Kbit/s）的前提下，把話音抽樣的取值范圍分成若干個(gè)區(qū)間，在抽樣值小的區(qū)間增加量化級(jí)數(shù)，而在抽樣值大的區(qū)間減少量化級(jí)數(shù)。一個(gè)簡(jiǎn)單而又有穩(wěn)定的非均勻量化器是對(duì)數(shù)量化器，即先把模擬信號(hào)通過(guò)一個(gè)壓縮（對(duì)數(shù)）放大器，再把壓縮的信號(hào)通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的均勻量化器。在接收端，被壓縮的量化抽樣信號(hào)再進(jìn)行擴(kuò)張?zhí)幚?，這樣量化信噪比就得到了有效的均衡。非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法通常有兩種標(biāo)準(zhǔn)：一種是歐洲和我國(guó)等大多數(shù)國(guó)家采用的A律壓擴(kuò)；另一種是北美和日本采用的μ律壓擴(kuò)。第10.3節(jié)、脈沖編碼調(diào)制第10.3節(jié)、脈沖編碼調(diào)制4、自適應(yīng)量化話音信號(hào)的功率電平具有很強(qiáng)的自相關(guān)性，即任何抽樣的幅度與前一個(gè)抽樣的幅度相關(guān)，幅度變化的速度很慢。根據(jù)這一特性可以比較容易地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的自適應(yīng)算法。自適應(yīng)量化器根據(jù)輸入信號(hào)的功率變化，自動(dòng)改變它的量化階梯太小，它在時(shí)間軸上的收縮和擴(kuò)張就像一個(gè)手風(fēng)琴。第10.4節(jié)、自適應(yīng)差分脈沖編碼自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）是一種能有效解決話音信號(hào)冗余度的方法。話音波形的相鄰抽樣常常具有很強(qiáng)的相關(guān)性，這表明相鄰話音幅度之間差分的方差要比話音信號(hào)的方差小得多。在維持相同的話音質(zhì)量時(shí)，ADPCM允許用32Kbps比特率的編碼，是標(biāo)準(zhǔn)PCM的一半。ADPCM編碼器以一種自適應(yīng)的方式，通過(guò)改變量化階梯的大小來(lái)充分利用信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，量化器階梯的大小依賴于輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，即依賴于講話者的話音特性，并且隨時(shí)間變化。在ADPCM編碼器中，編碼器量化相鄰抽樣的差分值，解碼器通過(guò)對(duì)已量化的相鄰抽樣的差分值積分，來(lái)恢復(fù)原始信號(hào)。ADPCM編碼器可以運(yùn)用信號(hào)預(yù)測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，預(yù)測(cè)是以話音信號(hào)的自相關(guān)特性為基礎(chǔ)的。線性預(yù)測(cè)器不是用來(lái)對(duì)相鄰抽樣的差值進(jìn)行編碼，而是用來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的抽樣值，然后對(duì)預(yù)測(cè)值與實(shí)際抽樣值之間的差值（預(yù)測(cè)誤差）進(jìn)行編碼。第10.5節(jié)、頻域話音編碼頻域話音編碼是另外一種波形編碼技術(shù)，它利用了人類產(chǎn)生及感覺(jué)話音的模型。在這類編碼中，話音信號(hào)被分成一系列的頻率成分（頻帶）并對(duì)它們單獨(dú)進(jìn)行量化和編碼。根據(jù)每個(gè)頻帶的感知標(biāo)準(zhǔn)，不同的頻帶采用不同的編碼優(yōu)先權(quán)。這樣，量化噪聲就僅包含在本頻帶中，可以避免頻帶以外的諧波失真。這些方案的優(yōu)點(diǎn)是：每個(gè)頻帶用于編碼的比特?cái)?shù)可以動(dòng)態(tài)地改變，并且可以在不同的頻帶上共享。不同的頻域編碼算法的復(fù)雜程度各不相同。最常用的頻域編碼包括子帶編碼和自適應(yīng)變換編碼。子帶編碼把話音信號(hào)分成許多小的子帶，然后根據(jù)感知標(biāo)準(zhǔn)來(lái)給每個(gè)子帶編碼，用來(lái)編碼的比特?cái)?shù)與各自感知的重要性成正比。自適應(yīng)變換編碼是對(duì)抽樣的一個(gè)加窗序列的短期變換進(jìn)行編碼，這是一個(gè)更加復(fù)雜的技術(shù)，它涉及話音波形加窗輸入信號(hào)段的塊變換。第10.6節(jié)、參量編碼波形編碼的話音質(zhì)量很好，電路實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，但是編碼速率比較高，需要占用較寬的頻率帶寬，這將會(huì)直接影響通信系統(tǒng)的容量。在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)容量，必須采用速率更低的話音編碼技術(shù)。研究低速率、高質(zhì)量的話音編碼一直是數(shù)字通信領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。參量編碼的概念：對(duì)反映話音信號(hào)特征的參量而不是對(duì)話音信號(hào)的時(shí)域波形本身進(jìn)行編碼和傳輸，可以大大降低話音編碼的速率。參量編碼與波形編碼的原理完全不同，它首先在發(fā)送端對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行分析，得到話音信號(hào)的特征參量并進(jìn)行編碼，然后傳輸特征參量的編碼數(shù)據(jù)，在接收端根據(jù)這些特征參量來(lái)合成和恢復(fù)話音信號(hào)。參量編碼器比波形編碼器要復(fù)雜得多，但是可以大幅度降低傳輸比特率。它的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性比較差，而且其性能依賴于說(shuō)話者的話音特征。第10.6節(jié)、參量編碼1、參量編碼的基本原理人類的發(fā)音系統(tǒng)和話音產(chǎn)生的機(jī)理比較復(fù)雜，在對(duì)實(shí)際話音進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上，抽取其主要特征，就可以得到便于處理的數(shù)字模型。根據(jù)發(fā)聲的機(jī)制不同，人類的話音可以分為濁音和清音兩大類。濁音又叫有聲音（如：m、n、v）；清音又叫無(wú)聲音（如：f、s、sh）。整個(gè)發(fā)聲過(guò)程可以分成兩個(gè)步驟：第一步是激勵(lì)，第二步是響應(yīng)。激勵(lì)：激勵(lì)源是由橫隔膜壓迫肺部產(chǎn)生的氣流，氣流通過(guò)聲帶的振動(dòng)產(chǎn)生周期性的濁音或由湍流而產(chǎn)生清音?？梢杂霉β试茨M包括橫隔膜和肺部氣室的作用，用激勵(lì)信號(hào)模擬氣管、咽喉和聲帶的作用。響應(yīng)：響應(yīng)是由舌、唇、齒等口部器官來(lái)控制口腔及鼻腔構(gòu)成的時(shí)變有損諧振器，產(chǎn)生不同的頻率響應(yīng)?？梢杂镁€性時(shí)變?yōu)V波器來(lái)模擬。第10.6節(jié)、參量編碼發(fā)聲機(jī)理是進(jìn)行話音數(shù)字化參量編碼的基礎(chǔ)，在參量編碼中，話音特征參數(shù)的提取是十分關(guān)鍵的。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)細(xì)致地調(diào)整話音生成模型的參數(shù)，可以合成出高質(zhì)量的話音信號(hào)。決定話音的基本特征參數(shù)是：基音、共振峰頻率和強(qiáng)度以及清音/濁音判決。發(fā)送端只需要把這些特征參數(shù)傳送到接收端，接收端就可以根據(jù)這些特征參數(shù)來(lái)合成出與發(fā)送端相同的話音信號(hào)波形。而傳送這些特征參數(shù)所需要的數(shù)據(jù)速率大大低于傳送波形抽樣值所需的數(shù)據(jù)速率，因此參量編碼方式的比特率與波形編碼相比可以大大降低。由于只傳送了話音的主要特征參數(shù)，所以合成的話音信號(hào)波形只能保持語(yǔ)言的可懂度而會(huì)失去一些自然度和聲音特質(zhì)。也就是說(shuō)，低碼率的參量編碼是以犧牲一定的聲音特質(zhì)為代價(jià)的。第10.6節(jié)、參量編碼2、線性預(yù)測(cè)編碼線性預(yù)測(cè)編碼（LPC）屬于時(shí)間域的參量編碼類型，這類編碼器從時(shí)間波形中提取重要的話音特征參量。將線性預(yù)測(cè)分析法用于話音參量的編碼，能夠快速并且極為精確地估算話音參數(shù)，獲得了廣泛應(yīng)用。在接收端，不同的LPC方案中再生激勵(lì)信號(hào)的方法是不同的，三個(gè)常用的方法是：聲碼器、多脈沖激勵(lì)和碼本激勵(lì)。聲碼器的方法是最流行的，在接收端使用兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器，一個(gè)是白噪聲，另一個(gè)是以當(dāng)前基音速率為周期的一個(gè)系列脈沖。多脈沖激勵(lì)LPC用了多個(gè)的脈沖，并且順序地調(diào)整每個(gè)脈沖的位置和幅度，使得頻域上的加權(quán)均方差最小化，可以產(chǎn)生更好的話音質(zhì)量。碼本激勵(lì)LPC（CELP）是一種廣泛應(yīng)用的話音編碼技術(shù)，編碼器和解碼器有一個(gè)隨機(jī)激勵(lì)信號(hào)的預(yù)定編碼本。第10.6節(jié)、參量編碼3、其它類型的聲碼器信道聲碼器：是一種頻域的聲碼器，它確定了許多頻帶話音信號(hào)的包絡(luò)，經(jīng)過(guò)抽樣和編碼后與其它濾波的輸出編碼一起多路輸出。共振峰聲碼器：在概念上與信道聲碼器類似，但共振蜂聲碼器用的比特率可以比信道聲碼器更低，因?yàn)樗玫目刂菩盘?hào)更少。倒頻譜聲碼器：倒頻譜聲碼器通過(guò)對(duì)數(shù)能量譜的反傅里葉變換生成信號(hào)倒頻譜，分離激勵(lì)和聲道頻譜。話音激勵(lì)聲碼器：話音激勵(lì)聲碼器減少了基音提取以及話音判決操作。采用一個(gè)低頻帶的PCM傳輸和高頻信道編碼的混合形式。通過(guò)提取、帶通濾波以及消除基帶信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)能量分布在諧波處并且頻譜平坦的信號(hào)而再生話音。話音激勵(lì)聲碼器工作在7.2~9.6Kbps之間，它的質(zhì)量高于傳統(tǒng)的基音激勵(lì)聲碼器。第10.6節(jié)、參量編碼4、矢量編碼矢量編碼技術(shù)是參量編碼領(lǐng)域中的一項(xiàng)突破性技術(shù)。矢量編碼所傳送的不是話音參數(shù)本身，而是話音參數(shù)的碼本號(hào)。理論上，矢量編碼可實(shí)現(xiàn)極低速率的高質(zhì)量話音編碼。矢量編碼是將代表話音的矢量構(gòu)成一個(gè)龐大的碼本，在發(fā)送端做線性預(yù)測(cè)時(shí)，是在碼本中找出預(yù)測(cè)誤差信號(hào)最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的樣值組合的地址。然后，將這個(gè)碼本的地址傳送給接收端。由于接收端與發(fā)送端具有同樣的碼本，接收端根據(jù)接收到的碼本地址就可以從碼本中獲取它所對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)誤差信號(hào)，用該誤差信號(hào)來(lái)激勵(lì)聲道就可得到重建的話音信號(hào)。由于在信道中只需要傳送矢量在碼本中的地址而不是傳送樣值序列本身，因此可以大大降低信道中的數(shù)據(jù)速率。矢量編碼的關(guān)鍵是建立一個(gè)好的碼本。第10.7節(jié)、混合編碼波形編碼：話音質(zhì)量很好，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是編碼速率高。參量編碼：可以實(shí)現(xiàn)很低的編碼速率，但話音質(zhì)量較差?；旌暇幋a：這種編碼包括兩條傳輸路徑，一條路徑產(chǎn)生線性預(yù)測(cè)編碼并傳送，另一條路徑過(guò)濾出話音波形信號(hào)的低頻部分并通過(guò)波形編碼傳送。在接收端，接收到的低頻話音信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)組合并平滑處理后做為激勵(lì)信號(hào)來(lái)恢復(fù)話音信號(hào)波形?；旌暇幋a吸收了波形編碼和參量編碼兩者的優(yōu)點(diǎn)，在編碼信號(hào)速率和話音質(zhì)量?jī)煞矫娴男阅芏急容^好。移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的話音編碼技術(shù)大都是采用混合編碼方式。歐洲的GSM系統(tǒng)中，采用的是“規(guī)則脈沖激勵(lì)-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)-線性預(yù)測(cè)編碼（RPE-LTP-LPC）”方案，采用規(guī)則脈沖作為激勵(lì)源。北美的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用的是“矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（VSELP）”方案，采用碼本激勵(lì)的方法。第10.7節(jié)、混合編碼1、規(guī)則脈沖激勵(lì)-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)-線性預(yù)測(cè)編碼規(guī)則脈沖激勵(lì)-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)-線性預(yù)測(cè)編碼（RPE-LTP-LPC）是歐洲的研究人員在多種備選方案中經(jīng)過(guò)反復(fù)的測(cè)試和比較，最后選定的用于GSM系統(tǒng)的話音編碼標(biāo)準(zhǔn)。它的純?cè)捯艟幋a速率為13Kbps，加上信道編碼后的總數(shù)據(jù)速率為22.8Kbps，語(yǔ)音質(zhì)量的MOS評(píng)分可以達(dá)到4.0。RPE-LTP-LPC采用規(guī)則脈沖作為激勵(lì)源，以便使合成波形接近于原話音信號(hào)波形。這種方案結(jié)合長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，消除了信號(hào)的多余度，降低了編碼速率。這種算法比較簡(jiǎn)單，計(jì)算量適中，易于低成本的硬件實(shí)現(xiàn)。GSM系統(tǒng)話音信號(hào)的處理過(guò)程比較復(fù)雜。發(fā)送端要進(jìn)行話音檢測(cè)，將每個(gè)時(shí)間段分為有聲段和無(wú)聲段。在有聲段，對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行編碼產(chǎn)生編碼話音幀；在無(wú)聲段，對(duì)背景噪聲進(jìn)行估計(jì)，產(chǎn)生靜寂描述幀（SID幀），在雙方講話的間歇給通話雙方一個(gè)舒適的聲音背景。第10.7節(jié)、混合編碼編碼器

話音編碼器的輸入信號(hào)是8000樣本/秒的話音信號(hào)抽樣序列。如果來(lái)自移動(dòng)臺(tái)，則是13bit均勻量化的PCM信號(hào)；如果來(lái)自PSTN，則是8bit非均勻量化（A律）的PCM信號(hào)，此時(shí)需轉(zhuǎn)換為13bit的均勻量化信號(hào)。編碼處理按幀進(jìn)行，每幀20ms，含160個(gè)話音樣本，編碼后的數(shù)據(jù)是260bit的編碼塊，編碼速率為13Kbps（260bit/20ms）。

RPE-LTP-LPC編碼器包括5個(gè)部分：預(yù)處理、線性預(yù)測(cè)分析、短時(shí)分析濾波、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)和規(guī)則脈沖激勵(lì)碼編碼，每個(gè)部分又包含若干個(gè)處理過(guò)程。解碼器

解碼器包含4個(gè)部分：RPE解碼、長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)、短時(shí)合成濾波和后處理。其中大部分處理子塊在編碼器也要采用，只有短時(shí)合成濾波器和去加重濾波器是新的過(guò)程第10.7節(jié)、混合編碼2、矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（VSELP）是碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（CELP）中的一種變形。與REP-LTP-LPC不同，VSELP對(duì)余量信號(hào)處理的方法是采用矢量編碼的方法。CELP建立和搜索碼本的運(yùn)算量很大，而北美和日本采用矢量和激勵(lì)的方法，碼本僅有幾個(gè)基本矢量。VSELP是矢量編碼的一種具體方法，采用這種碼本結(jié)構(gòu)可以大幅度降低運(yùn)算量，而且具有很好的抗誤碼性能。也是采用20ms為一幀，總延遲比RPE-LTP-LPC略大一點(diǎn)。美國(guó)的TDMA數(shù)字蜂窩系統(tǒng)USDC選用的就是VSELP編碼。在純編碼速率為8Kbps時(shí)MOS評(píng)分為3.7，基本上與13Kbps的RPE-LTP-LPC相當(dāng)，加上信道編碼后總數(shù)據(jù)速率為13Kbps。日本的PDC標(biāo)準(zhǔn)也采用VSELP，純編碼速率為6.7Kbps，加上信道編碼后總數(shù)據(jù)速率為11.2Kbps。第10.8節(jié)、話音編碼方式的選擇選擇合適的話音編解碼是設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要步驟。必須在壓縮后的話音質(zhì)量、話音編碼的速率、整個(gè)系統(tǒng)的花費(fèi)和系統(tǒng)容量之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。還必須考慮端到端的編碼時(shí)延、編碼器的算法復(fù)雜性、所需的直流功率、與現(xiàn)有其它標(biāo)準(zhǔn)的兼容性以及語(yǔ)音編碼相對(duì)傳輸誤碼的穩(wěn)定性等因素。移動(dòng)通信信道主要受傳輸媒介影響的不利因素包括：衰落和干擾。話音編解碼器必須對(duì)傳輸誤差有足夠的穩(wěn)定性，這是很重要的。話音編碼器的選擇還與小區(qū)的大小有關(guān)。當(dāng)小區(qū)足夠小時(shí)，可以通過(guò)頻率復(fù)用來(lái)獲得更高的頻譜利用率，運(yùn)用簡(jiǎn)單的高速話音編解碼器就足夠了。而對(duì)于采用較大小區(qū)和低質(zhì)量無(wú)線信道的蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)，帶寬資源非常有限，而且用戶數(shù)量龐大，需要采用低比特率的技術(shù)。多址技術(shù)和調(diào)制技術(shù)的種類也影響了話音編解碼器的選擇。第10.8節(jié)、話音編碼方式的選擇標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)話音編碼類型比特率（Kbps）GSM-900/1800蜂窩RPE-LTP-LPC13USDC（IS-54）蜂窩VSELP8CDMA（IS-95）蜂窩CELP1.2、2.4、4.8、9.6、14.4PDC微蜂窩VSELP4.5、6.7、11.2PHS（小靈通）微蜂窩ADPCM32CT2、DECT無(wú)繩電話ADPCM32各種移動(dòng)通信系統(tǒng)的話音編碼第10.9節(jié)、話音編碼的性能評(píng)估客觀檢測(cè)法：客觀檢測(cè)可以給出再生話音與原始話音近似程度的一個(gè)定量值，包括：均方誤差畸變、頻率加權(quán)、分段信噪比、清晰度指數(shù)等等。客觀檢測(cè)沒(méi)有辦法給出像人的耳朵主觀感覺(jué)話音質(zhì)量那樣精確的指示，接聽(tīng)者才是對(duì)話音質(zhì)量的最后判決，所以客觀測(cè)試與主觀試聽(tīng)測(cè)試組成了話音編碼器評(píng)估的