第4章 语音编码、信道编码和交织
语音编码、信道编码及交织PPT课件
面临挑战及应对策略
算法复杂度与实时性
高性能的编码和交织算法往往具有较高的复杂度，难以满 足实时性要求。应对策略包括优化算法设计、采用高性能 计算平台等。
多场景适应性
不同的应用场景对语音编码、信道编码及交织技术的需求 各异。需要研究跨场景的适应性技术，以满足多样化需求。
个性化语音合成
基于深度学习技术，实现个性化语音合成，使合成语音更加自然、 逼真。
多模态语音互
结合视觉、听觉等多模态信息，提高语音交互的自然性和准确性。
新型信道编码技术探索
01
极化码（Polar Codes）
一种新型信道编码技术，具有优异的性能，被认为是未来5G/6G通信的
关键技术之一。
02
LDPC码（低密度奇偶校验码）
客观评价
客观评价是通过计算原始语音和合成语音之间的误差来评判语音质量的好坏。 常用的客观评价指标有信噪比（SNR）、分段信噪比（SegSNR）、对数似然 比（LLR）和感知语音质量评估（PESQ）等。
02 信道编码原理及关键技术
信道模型与传输特性分析
信道模型
描述信道输入与输出之间关系的 数学模型，包括加性噪声信道、 乘性噪声信道等。
语音信号的频域特性
语音信号的统计特性
语音信号具有短时平稳性，即在短时 间内（10~30ms）可以认为语音信号 是平稳的，这使得我们可以对语音信 号进行短时分析。
语音信号的频谱分布主要集中在 300Hz~3400Hz的范围内，不同音素 和音节的频谱具有不同的特征。
语音编码分类及发展历程
波形编码
参数编码
混合编码
混合编码同时使用两种或两种以上的 编码方法进行编码。这种编码器设计 的目的和出发点是在4.8kbit/s速率上 能够得到高质量的合成语音。
CDMA的语音编码与信道编码
CDMA的语音编码与信道编码摘要：随着3G移动通信技术的逐步实现以及移动通信与互联网的融合，全球正迅速步入移动信息时代。
CDMA已被广泛接纳为第三代移动通信的核心技术之一，它具有优越的性能。
本文主要介绍CDMA中常用的语音编码技术与信道技术。
关键词：语音编码信道编码受激励线性编码码激励线性预测编码矢量和激励线性预测编码编码器解码器卷积码1 CDMA中的语音编码技术语音编码为信源编码，是将模拟信号转变为数字信号，然后在信道中传输。
在数字移动通信中，语音编码技术具有相当关键的作用，高质量低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术相结合，可以为数字移动网提供高于模拟移动网的系统容量。
目前，国际上语音编码技术的研究方向有两个：降低话音编码速率和提高话音质。
1.1 语音编码技术的分类语音编码技术有三种类型：波形编码、参量编码和混合编码。
●波形编码：是在时域上对模拟话音的电压波形按一定的速率抽样，再将幅度量化，对每个量化点用代码表示。
解码是相反过程，将接收的数字序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。
波形编码能提供很好的话音质量，但编码信号的速率较高，一般应用在信号带宽要求不高的通信中。
脉冲编码调制（PCM）和增量调制（ΔM）常见的波形编码，其编码速率在16kbit/s－64kbit/s。
●参量编码：又称声源编码，是以发音模型作基础，从模拟话音提取各个特征参量并进行量化编码，可实现低速率语音编码，达到2kbit/s－4.8kbit/s。
但话音质量只能达到中等。
●混合编码：是将波形编码和参量编码结合起来，既有波形编码的高质量优点又有参量编码的低速率优点。
其压缩比达到4kbit/s－16kbit/s。
泛欧GSM系统的规则脉冲激励――长期预测编码（RPE－LTP）就是混合编码方案。
.1.2 CDMA的语音编码CDMA系统如同其它数位式行动电话系统，它也采用语音编码技术来降低语音的资料速率。
CDMA系统的语音编码主要有从线性预测编码技术发展而来的激励线性预测编码QCELP和增强型可变速率编码EVRC。
卫星通信第4章信号传输
n n n
n
卷积码的纠错能力主要由它的自由距离决定（即路径中 不同路径间的最小距离） 同时，其比特错误概率也受到低重量码字个数的影响 高斯信道，BPSK调制，软判决译码的情况下两条距离为 j jEs / N 0 的路径 Pj = 1 2 erfc ∞ 1 pb < k ∑ ω j Pj 比特错误率的上界：
4.4.1 Stop-and-wait ARQ
n
吞吐量：
4.4.2 Go-Back-N ARQ
吞吐量： n 存储器的容量更大
n
4.4.3 Selective-Repeat ARQ
吞吐量： n 平均传输时延：
n n
Inmarset-C采用
4.5 移动卫星通信中典型的差错控制机制
Turbo码
n n
发射载频的相位分别为0，180。 T s =T b
2
n n
f代表基带频率 1 2 r (t ) = a (t )cos ωct a(t )cos ωc t = a(t ) ⋅ (1 + cos 2ωc t ) 解调： ， 2
QPSK，四相移键控
2个bit被合成为一个符号发送 n Ts=2Tb，Es=2Eb n 功率谱密度：
j =d
几个1/2码率卷积码的生成多项式、自由距离、重量结构
高斯信道
瑞利信道，充分交织
4.3.2 分组码
n 长为n的分组码序列C由长为k的信息序
列I产生
C ( x) = I ( x) G( x)
n 相互距离，最小汉明距离 n 纠错检错能力：
2t + e < dmin
4.3.3 CRC校验
n
CRC校验码是一种特殊的分组码 n 在比特错误概率不大于10-4的情况下，长为 16bit的CRC校验码可以保证不会出现无法 检测出的传输错误 n 无法检测出的错误概率的计算：
移动通信中的语音编码和信道编码
此 外，在 有 干扰的情 况下 ，如何 增加信 号传 输 的抗
“ 无失真信源 编码 定理”（ 香农 第一定理） 是一个极 限 定 理 ，它指 出了单 义可译 的非 延长 码的平 均码 长可 无 限
６９
２ ０ ．。 ０ ７８广东通信技术
维普资讯
技 术 交 流
通 信系统 一般是 由信源 、信 道和信 宿组 成， 通信 的
根本 任务 是有效、可靠 地传输信息。一般而言，提高抗干 扰能力往往 是以降低信 息的传输 率为代价 的；相反，提高 信息 传输 率又会使 抗干扰能力减弱，这是一个矛盾 的两个
方面 。理 论 上 指 出 ，我 们 可 以使 这 一 矛 盾 的 两 个 方 面 达 到 辩 证 的 统 一 ，伎 通 信 既 有 效 、 又 可 靠 ， 这 一 方 法 就 是 编 码 ， 寻 找 最 佳 的编 码 方 案 。
输出信 息率大 干信源信 息率 失真 函数 Ｒ Ｄ） （ ，但可 以任意 接
近于Ｒ（ ） Ｄ ，而平均失真度小于或无限接近于允许失真度 。 香农 三大定 理说 明构 成一个 既有 效又可 靠的理 想通
号转换 成３ ｋ ｉｓ ＤＰ ２ ｂｔ 的Ａ ｃＭ信 号，其 语音质 量评分达到 ，
４１ ・。 ２
．
２ ＧＳ Ｍ系统 的语音编 码
ＧｓＭ系统话音 编码器 是采用 声码器和波 形编码器 的
信 系统 的光明前景是存在的 。限失真信源编码可 以从长 的 信源 符号序 列中除掉剩余度，保 留由保真度准则确定 的最 必要的信 息，提 高通信 的有效性 。抗干扰信道编码可重新
加入特殊形式 的必要的剩余度，增强信道 的抗干扰能 力，
Ｌｃ Ｌ Ｐ ＴＰ为声码 器，ＲＰ Ｅ为波形编 码器，再 通过复用器 混合完成模拟 话音信号的数字编码，每话音信道 的编码速 率为１ ｂｔ ， ３ｋ ｉｓ 话音质量ＭＯＳ ／ 接近或达到达３６ ・。
教案-信道编码与交织
信道编码与交织一、教学目标：理解WCDMA通信模型掌握信道编码及交织二、教学重点、难点：重点掌握WCDMA通信系统中的信道编码与交织三、教学过程设计：从WCDMA通信系统模型分析开始，重点讲述信道编码与交织。
1.WCDMA通信模型：WCDMA的基本通信模型如图所示，图中第一步是进行信源编码（语音编码），提高通信的有效性。
第二步是进行信道编码和交织，提高通信的可靠性。
第三步是进行扩频和加扰，把窄带通信转化成宽带通信。
第四步是把信息调制到要求的频段上发射出去。
信息经过无线信道后到达接收机，接收机再进行上述步骤的逆过程，最后还原成模拟的语音信号。
比特（Bit）：经过信源编码的含有信息的数据称为“比特”；符号（Symbol）：经过信道编码和交织后的数据称为“符号”；码片（chip）：经过最终扩频得到的数据称为“码片”；2.信道编码：本节重点讲第二步：信道编码与交织。
信道编码的主要作用是：通过对做完信源编码后的信息加入冗余信息，使得接收方在收到信号后，可通过信道编码中的冗余信息，做前向纠错，保证通信的可靠性。
信道编码采用卷积码与Turbo编码相结合的方式,语音业务和低速信令采用卷积码;高速数据业务采用Turbo码，是一种接近香农极限的优秀编码方法。
3.交织：衰落是移动通信的大敌，移动通信中信号随接受机与发射机之间的距离不断变化即产生了衰落。
其中，信号强度曲线的中值呈现慢速变化，称为慢衰落；曲线的瞬时值呈快速变化，称快衰落。
其中，快衰落是移动台附近的散射体（地形、地物和移动体等）引起的多径传播信号在接收点相叠加，造成接收信号快速起伏的现象。
正是因为移动体周围有许多散射、反射和折射体，引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度表现为快速的起伏变化，其变化率比慢衰落快。
因为信道的快衰落是成块出现的，会出现大面积错码，仅仅靠信道编码难以承担纠检错的任务了。
因此在信道编码之后引入交织技术，通过交织，可以把成块的误码给分散，将突发的错误随机化，提高纠错编码的有效性。
第4章 语音编码、信道编码和交织讲解
2019/6/7
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4.1.1 概述
• 混合编码基于参量编码和波形编码发展的一类新的 编码技术。在混合编码的信号中，既含有若干语音 特征参量又含有部分波形编码信息。其编码速率一 般在4～16kbit/s。当编码速率在8～16kbit/s范围时， 其语音质量可达到商用语音通信标准的要求。
• 考虑到中、低比特率的编译码器将尽量利用语音 中的一些特征，将语音以及语音频段内的数据一 起协调的编码算法必将降低语音的质量。因此， 在设计语音编码器时，应首先考虑语音的质量， 而对于语音频段内的数据信号，则通过特殊的终 端适配器来实现。
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4.1.6 GSM系统语音编码器
（5）传输时延 造成传输时延的主要原因有以下两方面。 ① 语音编码的时延。 ② 无线分系统中的时延。
• 目前较成功的混合编码方案有两种，多脉冲激励 线性预测编码（MPLPC)和码激励线性预测编码 （CELPC),前者使用一个数目有限且幅度和位置 要调整的脉冲序列作为激励源。后者使用一个波 形矢量作为激励源。图4-3给出三种不同激励序列 及其产生语音方法。
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图4-3 三种不同激励的语言合成模型
• 三种编码技术同时存在通信系统中，波形编码以 其高质量用于长途传输和宽带语音；声码器以高效 压缩性用于保密通信；混合编码以其独有特性用于 各种通信系统。
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4.1.5 移动通信中语音编码器的选择
在低比特率语音编码中，有4个参数是很重要的， 即比特率、质量、复杂度和处理时延。 1．语音质量评估 • 当前世界上流行的语音质量评估方法是采用原
信道编码与交织技术
的数据顺序，错误可按随机错码来处理。
2．交织编码方式
如图所示
20 ms 为一帧的 语音信号经过信道编 码输出为 456 bit，交 织编码器将两帧语音 信号按每行 8 bit 写入， 写完共 114 行。 取出时按列进行，每列有 114 bit 语音数据。40 ms 的语音 信号被交织分散成 8 个时段，每个时段安插在一个信道帧对应 的一个时隙上，分时传送。而每个信道帧又包含 8 个时隙，故， 一个信道可同时供 8 台手机通话。
3．语音时隙的基本格式 2 57 bit 语音数码 2.37 bit 识别来自其 他传输的语音 26 bit 同步数据
3 bit 头识别码
3 bit 尾识别码 30.5 s（8.25 bit）的保护时间 每隙数据共 156.25 bit。
4．总结 GSM 手机的语音 需要经过模 / 数转换、 语音编码、信道编码 和交织编码等信号处 理，数据变化情况如 图所示。
由 2N + 1 节延时线（）构成，每节延时线对应消除不同
传输路径的延时信号，而节抽头处的增益系数 g 为自适应体调 整参数，它根据均衡器输出及一定的判断数据和运算来调整加 权系数。
第八节 技术
信道编码与交织
1．基本原理 GSM 手机运用的信道编码器连接框图如所示。
语音编码器一般有两类输出： （1）对语音音质有显著影响的数据，有 182 bit，必须通过 信道编码，提高抗干扰能力。信道编码使用分组码，即在每组 信பைடு நூலகம்码后附加若干个校验码，编码结构如图所示。
校验码数位越多，纠错能力越强，检验码的数位多少，通 常用多余度来衡量。
信道编码与交织技术
4．总结
GSM 手机的语音 需要经过模/数转换、 语音编码、信道编码 和交织编码等信号处 理，数据变化情况如 图所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、信道均衡
1．信道均衡技术的意义 手机工作期间，由于障碍物的反射会产生多径时延，接收 数据信号出现码元交叠现象，如图所示，即手机同时收到本码 源（直射波）的交叠信号，从而产生干扰，使之出现错码。为 了避免这种干扰，引入信道均衡技术。
例：表为偶数码编码方式，若收到的代码组 0111，因为 1 的个数为 3，不是偶数，即可判断信息码中有一位出现错码。
局限性：若两位码同时出错，此种校验方式是查不出的， 但这种情况的概率比单错少得多。
（2）重复码 重复码是一种简单有效纠正错误的方法，它将信息码重复 传送几次，只要正确传送的次数多于错误传送的次数，就可用 取多的原则来排除差错。
2．信道均衡技术
在接收端的均衡器中产生与传输信号信道特性相反的特 性，抵消信道产生的延时干扰信号，从而正确的判断和恢复 有用的信号，均衡器实质是一个横向滤波器。如图所示为线 性均衡器的结构图。
由 2N + 1 节延时线（）构成，每节延时线对应消除不同
传输路径的延时信号，而节抽头处的增益系数 g 为自适应体调 整参数，它根据均衡器输出及一定的判断数据和运算来调整加 权系数。
1．交织技术
发送端将信息码排列顺序打乱，重新排列组合，使不同帧 的信息码相互穿插交织后再发送到信道中去。在信道中即使产 生突发性差错，由于相邻的数码已经化整为零，分散在不同的 信息帧中，因此只引起随即误差，接收端去掉交织，恢复原来 的数据顺序，错误可按随机错码来处理。
2．交织编码方式
如图所示
20 ms 为一帧的 语音信号经过信道编 码输出为 456 bit，交 织编码器将两帧语音 信号按每行 8 bit 写入， 写完共 114 行。
CDMA语音编码和信道编码总结
CDMA的语音编码与信道编码摘要：随着3G移动通信技术的逐步实现以及移动通信与互联网的融合，全球正迅速步入移动信息时代。
CDMA已被广泛接纳为第三代移动通信的核心技术之一，它具有优越的性能。
本文主要介绍CDMA中常用的语音编码技术与信道技术。
关键词：语音编码信道编码受激励线性编码码激励线性预测编码矢量和激励线性预测编码编码器解码器卷积码1 CDMA中的语音编码技术语音编码为信源编码，是将模拟信号转变为数字信号，然后在信道中传输。
在数字移动通信中，语音编码技术具有相当关键的作用，高质量低速率的话音编码技术与高效率数字调制技术相结合，可以为数字移动网提供高于模拟移动网的系统容量。
目前，国际上语音编码技术的研究方向有两个：降低话音编码速率和提高话音质量。
1.1 语音编码技术的分类语音编码技术有三种类型：波形编码、参量编码和混合编码。
●波形编码：是在时域上对模拟话音的电压波形按一定的速率抽样，再将幅度量化，对每个量化点用代码表示。
解码是相反过程，将接收的数字序列经解码和滤波后恢复成模拟信号。
波形编码能提供很好的话音质量，但编码信号的速率较高，一般应用在信号带宽要求不高的通信中。
脉冲编码调制（PCM）和增量调制（ΔM）常见的波形编码，其编码速率在16～64kbps。
●参量编码：又称声源编码，是以发音模型作基础，从模拟话音提取各个特征参量并进行量化编码，可实现低速率语音编码，达到2～4.8kbps。
但话音质量只能达到中等。
●混合编码：是将波形编码和参量编码结合起来，既有波形编码的高质量优点又有参量编码的低速率优点。
其压缩比达到4～16kbps。
泛欧GSM系统的规则脉冲激励-长期预测编码（RPE-LTP）就是混合编码方案。
1.2 CDMA的语音编码CDMA系统如同其它数字式移动电话系统，它也采用语音编码技术来降低语音的编码速率。
CDMA系统的语音编码主要有从线性预测编码技术发展而来的激励线性预测编码QCELP和增强型可变速率编码EVRC。
通信技术基础 第四章 数字编码技术
提高编码效率的角度出发，L的取值应尽量的小。例如，对26个英文字
母进行二进制编码时，Lmin=log226=4.7，因此可取L=5。 常用信息码有ASCII码、Morse码、BCD码等。 大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术 4.1.2 语音编码
模拟信息的数字化原因：
由于数字通信在信号的传输质量、信号的处理等方面具
缺点：收发双方的压扩特性不易做得一致，且温度等因素的影响大。
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术
均匀量化存在的问题是： 小信号时信噪比太小，大信号时信噪比浪费。
非均匀量化的 均匀量化的 量化信噪比 量化信噪比
动态范围 动态范围 要求的量化 信噪比
大连理工大学出版社
信号电平
第4章 数字编码技术
3 编码(Coding) 用一组代码来表示每一个量化后的样值。量化以后每一个样值都
0
比较电平
取样值
取样值
c11 c1 c9 c8 c7 c5 c4 c3 c2 c1 c0
0
量化值
量 化 后 信 号 波 形
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术
量化可以有均匀量化和非均匀量化两种
均匀量化:各量化电平之间的间隔是固定的，这种量化被称为均匀量化；
均匀量化的量化噪声功率与量化台阶的平方成正比，出现话音弱时的 信噪比低、干扰大，而话音强时的信噪比高、干扰小的反常情况，
样信号的小样值部分被充分放大，
大样值部分被适当压缩。被压缩 的抽样信号虽然再经过均匀量化；
接收端相应增加非线性放大器 （扩张），以消除压缩带来的信 号失真：对小信号放大量小，对
大信号放大量大。
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术
移动通信中的语音编码和信道编码
图1 GSM编码器框图（1）预处理：去除语音的直流分量，进行预加重；（2）LPC分析：预测滤波器的系数，每帧(20 ms)计算一次滤波器的系数，GSM方案中取滤波器的阶数为8。
（3）短时分析滤波：对信号做短时预测分析，产生短时残差信号。
（4）长时预测：在RPE中用规则脉冲来代替残差信号，因此直接用短时预测的残差信号，未必是最佳效果，此外，C D M A2000中采用的语音编码EVRC(Enhanced Variable Rate Code),它是一种可变速率语音编译码算法，根据噪音情况采用3种不同速率：全速率，半速率和1/8速率，对应9.6 kbit/s，4.8 kbit/s 1.2 kbit/s，平均编码速率为8 kbit/s，其质量与13 kbit/s QCELP算法相当。
WCDMA中优选的语音编码方案是自适应多速率语音编码(AMR)，全速率模式下有8种编码速率，半速率模式下有6种编码速率，其目的是优化当前信道下的语音质量。
AMR编码是以自适应码本激励线性预测编码ACELP 技术为基础。
图2 不同系统的语音编码的可造速率从PHS到GSM到IS-95再到3G中的变速率及语音激活技术，正体现了这一发展趋势。
我们可以发现，在3G 系统中编码速率根据不同的环境特点有了更多的选择，以期达到传输效率和语音质量的更好平衡。
从另一个角度来看，由于3G是从不同的2G标准发展而来，考虑平滑过渡，必然导致3G标准各不相同；同时，3G又提供多种多样的服务业务；这两点必然导致一种编码速率无法满足所有标准、无法满足所有业务要求。
3 信道编码无线环境的恶劣性对接收信号的错误率有很大影响，这正是信道编码要解决的问题。
GSM与IS95中的信道编码：主要采用卷积编码，还有FIRE码及卷积和RS的级联码。
卷积编码就是将信息序列以ko个码元分段，通过编从上面的描述中，我们可以看到：卷积编码应用于低速率的话音业务，误码率BER=10-3级；Turbo编码用于传输速率高于32 kbit/s的业务，误码率BER=10-3~10-6级。
第四章抗信道衰落技术及语音编码PPT课件
空间分集示意图
对于空间分集而言，分集的支路数M越大，分集的效果越好。但当M较大时(如 M>3),分集的复杂性增加，分集增益的增加随着M的增大而变得缓慢。
在满足上式的条件下，两信号的衰落相关性已很 弱；d越大， 相关性就越弱。
由上式可知，在900MHz的频段工作时，两副天线 的间隔也只需0.27m。
k 1
式中，ak为第k个信号的加权系数。
选择不同的加权系数， 就可构成不同的合并方式。
1、选择式合并
选择式合并是检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪 比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。在选择式 合并器中，加权系数只有一项为1，其余均为0。
M个支路的中频信号分别经过解调，然后作信噪比比 较，选择其中有较高信噪比的支路接到接收机的共用 部分。
快衰落fastfading主要由于多径传播而产生的衰落由于移动体周围有许多散射反射和折射体引起信号的多径传播使到达的信号之间相互叠加其合成信号幅度表现为快速的起伏变化它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗其变化率比慢衰落快故称它为快衰落由于快衰落表示接收信号的短期变化所以又称短期衰落shorttermfading快衰落又叫多径衰落
基本思想：将接收到的多径信号分离成独立的多路信 号，然后将这些多路分离信号的能量按一定规则合并 起来，使接收的有用信号能量最大，使接收的数字信 号误码率最小。
相对电平/dB
10 C
0
－10 B A
－20
信号A 信号B 合成信号C
t
选择式分集合并示意图
二、两重含义
分集接收技术包括两个方面： (1)如何把接收到的多径信号分离成独立的多路信号。 (2)怎样将这些多路分离信号的能量按一定规则合并 起来，使接收的有用信号能量最大，以降低衰落的 影响。
信道编码与交织
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1) 给50 Class Ia比特插入3个监督比特。 D0,D1,…D49,P0,P1,P2,D50,…D181,D182,…D259
Linear binary Block Code or (n,k) code: The ratio of the code = k/n (50/53)
+++ Mobile Communications +++ Bluetooth +++ Radio & Satellite Communications +++ Wireless Technologies +++
July 12, 2013
信息产业部电信传输研究所
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Yao Bin
57 57 57 57 A57
A57 A57 A57 B57 B57 B57 B57
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3 3 3 3 3 3 3
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信息产业部电信传输研究所
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ritt7layers
Channel Encoding for Control messages in the CCCH （1）控制信道消息包含184比特/20ms，首先进行分组编码，生成多 项式为，P=T39+T26+T23+T17+T13+1。这会使184比特增加40个监督比 特，变为224比特。由于加入更多的监督比特，纠错能力比语音帧强。 （2）加入4个尾比特，进行卷积编码。卷积编码器的生成多项式语音 卷积编码器相同，即，D’(even)=T4+T3+1；D’(odd)=T4+T3+T+1。 （3）CCCH的比特交织与语音帧相同。
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第4章 语音编码、信道编码和交织编码
2013-5-17
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第4章 语音编码、信道编码和交织技术
4.1 语 音 编 码 4.2 信 道编 码 4.3 交 织 编 码
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第4章 语音编码、信道编码和交织技术
• 语音编码及信道编码技术 语音编码和信道编码是通信数字化的两个 重要技术领域。在移动通信数字化中，模拟语音信号 的数字化，可提高频带利用率和信道容量。信道编码 技术可提高系统的抗干扰能力，从而保证良好的通话 质量。
• 混合编码是新一代语音通信编码器的发展方向。
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4.1.4 线性预测编码器
• 目前较成功的混合编码方案有两种，多脉冲激励 线性预测编码（MPLPC)和码激励线性预测编码 （CELPБайду номын сангаас),前者使用一个数目有限且幅度和位置 要调整的脉冲序列作为激励源。后者使用一个波 形矢量作为激励源。图4-3给出三种不同激励序列 及其产生语音方法。
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4.1.5 移动通信中语音编码器的选择
语音质量评估
图4-6 语音编码的现状
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4.1.5 移动通信中语音编码器的选择
2．语音编码器的复杂度和处理时延 • 语音数字编码的算法通常用数字信号处理器（DSP） 来实现。 • 编码硬件的成本通常随着复杂度的提高而增加。
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4.1.3 声码器
• 声码器又称为“参量编码器”。声码器的数码率 可以压缩到2.4kbit/s以下，但其语音质量，特别 是自然度，大大下降。 • 自1939年来，研制各种声码器如通道声码器、相 位声码器、图样匹配声码器、同态声码器、线性 预测声码器等。研究最多是线性预测编码声码器 如图4-2，也是应用最广泛的。
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4.1.4 线性预测编码器
2．码激励线性预测编码（CELPC）
图4-5 CELPC的基本工作原理图
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4.1.4 线性预测编码器
• 1984年提出的一种新的混合型编码器算法 CELPC与 MPLPC比，只是激励源不同，其他相同。 • CELPC应用了矢量量化技术。 • 在数字移动通信中，码激励的一种变型即矢量和激 励（VSELP）已成为美国和日本数字蜂窝移动通 信系统中的语音编码标准。 • 三种编码技术同时存在通信系统中，波形编码以 其高质量用于长途传输和宽带语音；声码器以高效 压缩性用于保密通信；混合编码以其独有特性用于 各种通信系统。
• 波形编码是对模拟语音波形信号经过取样、量化、 编码而形成的数字语音信号。为了保证数字语音 信号解码后的高保真度，波形编码需要较高的编 码速率，一般在16～64kbit/s。可对各种各样的模 拟语音波形信号进行编码均可达到很好的效果。 优点：适用于很宽范围的语音特性，以及在噪音 2013-5-17 11 环境下都能保持稳定。
• 考虑到中、低比特率的编译码器将尽量利用语音 中的一些特征，将语音以及语音频段内的数据一 起协调的编码算法必将降低语音的质量。因此， 在设计语音编码器时，应首先考虑语音的质量， 而对于语音频段内的数据信号，则通过特殊的终 端适配器来实现。
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4.1.6 GSM系统语音编码器
（5）传输时延 造成传输时延的主要原因有以下两方面。
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4.1.2 语音信号特征
图4-1 语音信号的产生模型
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4.1.2 语音信号特征
• 由图4-1可见，激励源可由冲击序列发生器或随机 噪声发生器来产生，分别对应产生清音和浊音的 激励。增益系数AV和AN分别对应清音和浊音时 声门激励信号的强度，用以调节信号幅度和能量。 声道模型用来模拟声道谐振腔结构，以此形成谐 振频率。 • 声码器是以人类语音的产生模型为基础，分析表 征语音激励源和声道等的特征参数，再运用这些 特征参数重新合成语音信号的设备。
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4.1.6 GSM系统语音编码器
• 在GSM语音编码器网络一端将完成A律或律的 PCM变换。
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4.1.6 GSM系统语音编码器
（4）非话信号的传输 • 语音编译码器没有对语音频段的数据做出要求， 然而，必须要求语音编译器能够传输由网络提供 给用户的各种音频信号音，如拨号音、振铃音、 忙音等。
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4.1.6 GSM系统语音编码器
• 在移动台转接移动台时，会出现两套编/译码器复 接的情况。
（2）码速率
• 仍然使用8kHz取样率，以便于和PSTN的接口连 接。基于对频率利用率和语音质量相矛盾的协调， 将16kbit/s作为可接受的工作比特率。 • （3）码变换 • GSM系统所确定的基本语音编码的变码器可将13 位线性PCM码流变换成16kbit/s的无线传输比特率。
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4.1.1 概述
①离散信源编码；
②模拟信源编码。
(2) 根据信源信号是语音还是图像，可以分为： ①语音编码； ②图像编码。 移动通信系统中，信源有语音信号、图
像（如可视移动电话）或离散数据(如短信息
服务)。本节主要讲语音编码。
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4.1.1 概述
4 语音编码 • 语音编码为信源编码，是将模拟语音信号转变为 数字信号以便在信道中传输。 • 语音编码技术通常分为三类：波形编码、声源编 码（或参量编码）和混合编码。
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4.1.1 概述
表4.1常用数字移动通信系统语音编解码
标准 GSM USDC（IS-54） IS-95（CDMA） CT2、DECT、PHS 服务类型 数字蜂窝网 数字蜂窝网 数字蜂窝网 数字无绳电话 语音编码器（比特率：kbps） RPE-LTP VSELP CELP ADPCM 13 16 1.2，2.4，4.8，9.6 32
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4.1.2 语音信号特征
• 长期研究证明，发不同性质的音，激励的情况是 不同的。大致分为两类。 • 发浊音时，气流通过紧绷的声带，冲击声带产生 振荡，是声门处形成准周期的脉冲列，用它来激 励声道。 • 发清音时，声带松弛而不振动，气流通过声门直 接进入声道。 • 根据以上机理我们构建如图4.1所示语音信号的产 生模型。
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4.1.5 移动通信中语音编码器的选择
在低比特率语音编码中，有4个参数是很重要的， 即比特率、质量、复杂度和处理时延。
1．语音质量评估
• 当前世界上流行的语音质量评估方法是采用原 CCITT提议的从1分到5分的主观评定的方法。
• 这就是“平均评价得分”（Mean Opinion Score） 简称MOS。
•
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4.1.1 概述
• 声源编码的例子线性预测编码（LPC)声码器。这 技术可压缩到2Kbit/s，缺点：在于语音质量只能 达到中等水平，不能满足商用语音通信的要求。 但语音质量不够好，故高速码不用这种技术。 • 对此，综合参量编码和波形编码各自的长点，即 保持参量编码的低速率和波形编码的高质量的优 点，又提出了混合编码方法。
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4.1.1 概述
1 信源编码的定义与作用
• 源编码就是信源信号的模数（A∕D）变换，即将 模拟的信源信号转化成适于在信道中传输的数字 信号形式。 • 在数字系统中，信源编码的基本目的就是通过压 缩信源产生的冗余信息来提高整个传输链路的有 效性。 2 信源编码的分类
(1) 根据信源信号是离散的信号还是连续的信号， 可以将信源编码分为：
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4.1.1 概述
• 混合编码基于参量编码和波形编码发展的一类新的 编码技术。在混合编码的信号中，既含有若干语音 特征参量又含有部分波形编码信息。其编码速率一 般在4～16kbit/s。当编码速率在8～16kbit/s范围时， 其语音质量可达到商用语音通信标准的要求。 • 混合编码技术在数字移动通信中得到了广泛应用。 • 混合编码包括规则脉冲激励长期预测编解码器 （RPE-LTP）、矢量和激励线性预测编码 （VSELP）和码激励线性预测编码（CELP）等。
DCS-1800
PACS
个人通信系统
个人通信系统
RPE-LTP
ADPCM
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4.1.2 语音信号特征
• 语音是一种波，振荡频率在20HZ-20000HZ之间， 喉以上部分称为声道，喉部称为声门。喉部的声 带即是阀门又是振动部件。 • 声带的声学功能是为语音提供主要的的激励源。 声带的开启闭合使气流形成一系列脉冲。 • 由声带产生的音统称为浊音，不由声带产生的音 统称为清音。 • 可见，语音是由气流激励声到最后从嘴和鼻孔或 同时从嘴和鼻孔辐射出来而产生的。对于浊音、 清音、爆破音来说，激励源是不同的。
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图 GSM手机电路基本组成框图
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图 8210／8850型手机发射信号流程图
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图 8210／8850型手机接收信号流程图
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4.1 语 音 编 码
4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.1.7 概述 语音信号特征 声码器 线性预测编码器 移动通信中语音编码器的选择 GSM系统语音编码器 IS-95系统语音编码器
• 线性预测声码器在发送端进行语音分析，每隔1020ms取出一帧语音做请浊音区分和音调提取，已 给出激励信息，并计算出预测滤波器的各种参数， 经量化及编码后送往接收端。
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