无线通信技术基础 教学课件 作者 王继岩无线 第10章 话音编码技术.pptx

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1、无线通信技术基础第10章、话音编码技术内容介绍在以话音为主要业务的移动通信系统中，话音编码技术是非常重要的，话音编码在很大程度上决定了接收到的话音质量和系统容量。在移动通信系统中，无线信道的带宽是极其有限的资源，如何在有限的无线信道带宽中容纳更多的用户同时通话，一直是移动通信系统的核心问题。采用多进制调制可以提高带宽效率，但同时功率效率会降低。低比特率的话音编码提供了解决问题的一种方法，在保证话音质量的前提下，话音编码器的比特率越低，一定的带宽内就可以容纳更多的话音通道。因此，产品制造商和服务提供商们一直在不断

2、地寻求新的话音编码技术，以便在低比特率下提供高质量的话音。本章重点话音编码器的种类脉冲编码调制频域话音编码参量编码混合编码话音编码的选择和性能评估第10.1节、话音信号的特性要实现通信系统的数字化，首先要将模拟话音信号转换成数字信号。话音信号的波形是带限的，带宽一般在0.3~3.4KHz内。根据奈奎斯特取样定理，有限的带宽意味着它可以用一定的速率抽样，当抽样频率大于低通信号频率的两倍时，就可以从抽样值中完全恢复话音波形。话音信号的波形具有一些对编码设计有用的特性，这些特性可以使量化操作以很高的效率实现。概率分布

3、密度函数：在中低幅度处的概率分布高，在幅度很高处的概率分布低，在这两个极端之间单调递减。自相关函数：话音相连的抽样值之间存在很大的相关性。对每一个话音抽样，有很大的成分可以从前面的抽样值中预测。功率谱密度函数：具有非平坦特性，在不同频域分别编码可以得到编码增益，能够用来在频域内明显地压缩话音编码的比特率。第10.2节、话音编码的分类移动通信系统的容量大都是带宽受限的，话音编码技术对通话质量、带宽利用率和系统容量都具有重大影响。低码率的数字话音编码可以提高信道容量，而纠错能力强的编码可以保证系统在较低的C/N条件

4、下的通话质量。同时为了使话音编码具有实用价值（用于移动终端），话音编码技术还必须消耗很少的功率。话音编码的目的是在不超过一定的算法复杂程度和通信时延的前提下，占用尽可能少的信道带宽来传送尽可能高质量的话音。话音编码的算法越复杂，编码效率越高（比特率越低），但相应的时延、费用和功耗也就越高。必须在这两个相互矛盾的因素之间寻求一个平衡点，话音编码技术发展的目标就是使这个平衡点向更低比特率的方向移动。各种话音编码技术在话音信号的压缩方法上有很大区别。根据压缩方式的不同，可以把话音编码器分成两大类：波形编码器和参量编码

5、器。第10.2节、话音编码的分类波形编码是直接对模拟话音信号的时域电压波形进行取样、量化和编码，使之变成数字话音信号。参量编码是根据人类语言的发声机理，找出表征话音特征的参量，只对这些特征参量进行编码的一种方法。第10.2节、话音编码的分类混合编码技术：混合编码是近年来随着移动通信的应用而发展起来的一种新的高性能话音编码技术。在混合编码的信号中既包含若干话音特征参量信息又包含部分波形编码信息。混合编码的速率一般在4~16Kbps，当编码速率在8~16Kbps范围时，话音质量可以达到商用话音通信的标准，因此，混合

6、编码技术在数字移动通信中得到了广泛应用。移动通信系统中对话音编码的要求编码速率低。话音质量高。有较强的扰噪声干扰和抗误码性能。编译码时延小，应在几十毫秒以内。编译码器的复杂程度低，便于大规模集成化生产。体积小、重量轻、功耗低，适应便携式移动台。第10.3节、脉冲编码调制最基本的波形编码是脉冲编码调制（PCM）。PCM的优点是话音质量好，缺点是编码速率高、体积大。PCM不仅可以提供用户话音业务，还可以提供从2M到155M速率的非话音业务。PCM数字信号是通过对连续变化的模拟话音信号进行取样、量化和编码产生。取样过

7、程将时间连续、幅度连续的模拟信号变为时间离散、幅度连续的模拟信号；量化过程将取样信号变为时间离散、幅度离散的数字信号；编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。PCM对话音信号的取样频率是8KHz，每次取样的量化值为8个比特，总的编码速率为64Kbps（8KHz×8bit=64Kbps）。量化是一个非常重要的步骤，它在很大程度上决定了整个话音编码的失真大小。PCM的量化和编码有二种标准，欧洲和我国等大多数国家使用A律标准（E1），而北美洲及日本使用μ律标准（T1）。第10.3节、脉冲编码调制1、量化噪声

8、量化就是把一个信号的连续幅值分割成一系列有限的离散幅值的过程，用一组规定的电平，将经过抽样得到的瞬时抽样值进行有限比特的编码，也就是用一组有限长度的二进制编码来表示每一个有固定电平的量化值。与抽样不同，量化操作是不可逆的。根据奈奎斯特取样定理，只要取样频率大于话音波形最高频率的两倍，就可以没有失真地完全恢复话音波形。而量化是使用有限的阶梯来描述抽样后的连续幅度值（四舍五入，分级取整），