从amr到efr和hr语音编码器的转码方法分析与实现

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1、大连理工大学硕士学位论文第一章绪论1．1移动通信与语音编码技术的发展情况移动电话是人类进行语音通信的最重要方式之一。自从20世纪70年代移动通信起源以来，其技术标准已经历了三代的发展，正向第四代迈步。以．—蝴PS和TACS为代表的第一代蜂窝移动通信网是模拟系统。模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题。例如，频谱利用率低、移动设备复杂、费用较贵、业务种类受限制以及通话易被窃听等；最主要的问题是其容量己不能满足日益增长的移动用户需求。为了解决这些问题，开发了数字蜂窝移动通信系统。数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外，数字网能提供语

2、音、数据等多种业务服务，并与ISDN等兼容。到1980年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网(GSM)的体系。随后，美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制DAMPS(IS．54)和PDC。继目前的GSM数字蜂窝网和窄带CDMA网之后，国际电信联盟制定了第三代移动通信技术和标准，这是以承载数据业务为主的高速、宽带移动通信网络。第三代移动通信采用了频谱利用率更高的无线技术，可支持385Kbps以上速率的中高速移动数据业务，因而可实现包括活动图像在内的移动多媒体业务。在第三代移动通信系统应用的同时，爱立信公司、华为公司、中兴通讯等已开始进行第四代移动通

3、信标准的研究，预计在2011年正式投入运营，2012年奥运会就可应用⋯。随着信息社会和通信技术的高速发展，频率资源愈发显得宝贵。因此，压缩数字语音信号的传输带宽或降低电话信道的传输码率一直是人们追求的目标，语音编码在实现这一目标中担当着重要角色。语音编码就是压缩语音信号的数字表示而使表达这些信号的比特需求最小的算法12J。语音编码目前主要分为三类，即波形编码、参数编码和混合编码。波形编码力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状，它通常将语音信号作为一般的波形信号来处理，具有适应能力强、话音质量高等优点，但所需要的比特率高，通常能16～64kb／s的速

4、率上给出高的编码质量，当速率进一步降低时，其性能会迅速下降。参数编码则通过对语音信号特征参数的提取和编码，力图使重建语音信号具有尽可能高的可懂性，即保持原语音的语意，而重建语音信号的波形同原始语音信号的波形可能会有相当大的差别，但其编码速率很低；另外，它对讲话环境的噪声比较敏感，只有在安静的讲话环境下才能给出高的可懂度。混合编码则克服了波形编码和参数编码的弱点，同时又结合了他们各自的长处，在和16kb／S速率上能够得到高质量的合成语音，在本质上它也具有波从AMR到EFR和HR语音转码器的转码方法研究与实现形编码的优点【)J。目前，很多组织制定语音编码标

5、准，它们制定的主要窄带语音编码标准如表1．1所示【4J。既然不同的组织和国家开发并采用了不同的通信标准与编码方式，就带来了兼容的问题。例如，对移动电话GSM网络的语音编码技术来说，原有的全速率、增强全速率、半速率语音编码技术越来越被自适应变速率语音编码技术替代。在这新技术的过渡期内各种编码技术同时存在。因此研究各种编码标准之间有效的转换具有很大的应用价值。表1．1窄带语音编码标准的性能【4】Tab．1．1Summa叫ofmostnarrow-bandspeechcoders1．2语音编码转码技术现状长期以来，语音编码码流之间的转码采用先解码后编码的DT

6、E(DecodeThenEncode，也称tandem)方式进行语音编码参数的转换。在这种方式下，不需要额外的算法，利用现有的算法和资源就可实现不同编码器编码参数的转换。但其缺点也十分明显，为了实现码流之间的转换发送端需要支持两种完整的语音编解码算法，这就带来了几个问题。首先，由于两次编解码误差的积累，使得最终的合成语音质量下降，直接的表现就是一2一大连理工大学硕士学位论文MOS分的降低；其次，两次完成的编解码使转换算法的复杂度大大增加，从而导致能量消耗变大；最后，编码端在进行线性预测分析时，需要一些前一帧的数据，因此这种转换方法还增加了系统的延时，而

7、这个增加的延时由算法本身所决定，所以不可避免【51。；7一：旧籍器H源擀——斗目标编码l：．I目标解码l●---■-——_I器编码l：’I器解码Il●IlI：DDTE转码器；、一．，图1．1DTE方式下的码流转换Tig．1．11'andemmethodsfor仃a11scodeo由于DTE方式所固有的缺点，我们需要更加有效的转码方法。针对具有相似编码模型和相似编码参数的语音编码器有参数层上直接转换的可能性。例如，GSM网络的语音编码算法中，AMR、EFR和HR都采用码激励线性预测(CodeExcitedLinearPredictioin，CELP)编码

8、技术的编码模型。所以变速率AMR编码器与其余两种编码器之间码流的直接转换具有一定的可行性。图1