第4章 语音编码、信道编码和交织讲解

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语音编码、信道编码及交织PPT课件

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将信源编码和信道编码相结合,通过联合优化提高系统整体性能。
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。

卫星通信第4章信号传输

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:

第四章1语音编码

第四章1语音编码

话音产生的数字模型
周期
周期脉冲序 列发生器 浊/清选择 清选择 伪随机噪声 产生器
声道参数
时变数字滤 波器 音量控制
语音 输出
语音信号编码系统的应用 语音信号编码系统的应用归纳起来可以分为 两类:
一类是编码-存储-回放系统,或称为数字语音 录放系统。
输出语音 语音编码器 数字存储媒介 语音解码器
主要内容
话音的形成原理 话音编译码器原理 脉冲编码调制(PCM) 增量调制与自适应增量调制 自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) 子带编码 其他编码
话音的形成原理
• 肺中的空气受到挤压形成气流,气流通过
声门(声带)沿着声道(由咽、喉、口腔 等组成)释放出去,就形成了话音。 • 气流、声门可以等效为一个激励源,声道 可以等效为一个时变滤波器(共振峰)。 • 话音信号具有很强的相关性(长期相关、 短期相关)。
语音编码中常遇到的名词
ACELP 代数码本激励线性预测编码 是Algebraic Code Excited Linear Prediction的缩写。代数激励码本是CELP激 励码本的一种简化形式,采用+1或-1作为激励矢量中的激励 样值。极低速率可视电话标准H.324中语音编码标准是 G.723.1,采用5.27kbit/s和6.3kbit/s两种速率,其中 5.27kbit/s速率就是以ACELP算法为基础。 PSI-CELP 基音同步更新—码激励线性预测编码 是Pitch 基音同步更新— Synchronous Innovation-Code Excited Linear Prediction的 缩写。PSI-CELP在传统CELP的基础上对激励作进一步的改 进,使随机激励矢量以基音为间隔作重复,从而提高语音质 量。日本的半速率数字移动电话标准基于这种算法。

通信技术基础 第四章 数字编码技术 ppt

通信技术基础 第四章 数字编码技术 ppt
信息码组的长度L :L=log2N。其中N为符号总数,这里的L应是整数。从
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
主编:于宝明 王钧铭 主审:宫锦文
大连理工大学出版社
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术
数字信号的编码与解码主要有以下两类 • 在数字通信中,编码是指用一组组二进制的数字代码来表示一个个模拟信
号抽样值的过程。
• 信源编码:将信息或信号按一定的规则进行数字化的过程。 ➢ 用信息码表示文字、符号等,如ASCII码、MORSE码等; ➢ 对模拟信号进行AD转换,如PCM编码、ADPCM等;
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 均匀量化量的化信噪比 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)
大连理工大学出版社
第4章 数字编码技术 2 量化
为了实现以数字码表示样值,必须采用“四舍五入”的方法把 样值分级“取整”,使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有 限个值。这一过程称为量化。
量化电平:有限个规定值;
量化误差:量化值与取样值之间的差值,又称为量化噪声。量化是一
种信息有损变换。
S
信号功率

信道编码讲稿

信道编码讲稿

在GSM系统中语音信号被分为每20ms一段,经过全速率语音编码后,每段信号编译为260个比特的信息。

针对抗十的负三次方数量级的误码,编解码语音质量基本不下降。

但是当误码率增加时,信号的抗干扰能力就会下降,为了检测和纠正传输期间引入的误码,提高信号的抗干扰能力,我们要对信息做进一步处理,在数据流中引入冗余比特用于纠错;这个过程我们称为信道编码,它可以使语音信号即使面对十的负一次方数量级的误码,语音质量也下降不多。

具体的信道编码过程是怎么样的呢?首先这260个比特重要程度是不一样的,信道编码器把语音段数据按照重要程度分成三个部分:很重要的50bit,较重要的132bit和不重要的78bit。

很重要的要重点保护,我们首先给他加上一层保护对它进行奇偶校验我们在这50个比特后面额外添加3个比特位,放置奇偶校正码,之后再把这53个比特和第二部分较重要的132比特加在一起,一共是185个比特,在后面加上4位尾码,变为189比特然后对这189个比特做1:2的卷积,卷积后比特数翻倍变为378 比特。

最后还有一部分不重要的78比特,既然不重要就不特意保护了,378个编码后的比特加上这些不重要的78bit,形成了456比特的数据块,至此我们完成了信道编码简述信道编码的过程就是第一步,加奇偶校验码50个很重要比特加入3位奇偶校验码,50加3等于53第二步,加尾比特,53加上较重要的132个比特,后面加上4位尾比特此时信息个数为((50 + 3) + 132 )+ 4= 189 bit第三步,卷积,将189bit做1:2的卷积,信息个数为189 * 2 = 378 bit最后再加上不重要比特加上不重要的78bit,378+78=456形成了456 bits 每20 ms的信道编码组信道编码之后数据的速度变为了多少呢?每段语音编码后的比特数是456,这些比特的传输时间是20ms,那么我们用456除以20ms,可以得到信道编码后的速度是22.8kbps。

教案-信道编码与交织

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。

CDMA语音编码和信道编码讲解

CDMA语音编码和信道编码讲解

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。

信道编码与交织技术

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。

信源编码和信道编码

信源编码和信道编码

信源编码:主要是利用信源的统计特性,解决信源的相关性,去掉信源冗余信息,从而达到压缩信源输出的信息率,提高系统有效性的目的。

第三代移动通信中的信源编码包括语音压缩编码、各类图像压缩编码及多媒体数据压缩编码。

信道编码:为了保证通信系统的传输可靠性,克服信道中的噪声和干扰的。

它根据一定的(监督)规律在待发送的信息码元中(人为的)加入一些必要的(监督)码元,在接受端利用这些监督码元与信息码元之间的监督规律,发现和纠正差错,以提高信息码元传输的可靠性。

信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价,以换取最大程度的可靠性的提高。

信道编码从功能上可分为3类:仅具有发现差错功能的检错码,如循环冗余校验码、自动请求重传ARQ等具有自动纠正差错功能的纠错码,如循环码中的BCH码、RS码及卷积码、级联码、Turbo 码等既能检错又能纠错功能的信道编码,最典型的是混合ARQ信道编码从结构和规律上分两大类线性码:监督关系方程是线性方程的信道编码非线性码:监督关系方程是非线性的FEC是前向就错码,在不同系统中,不同信道采用的FEC都不一样,有卷积码,Turbo码等信源编码&信道编码区别(通院的必杀技):官方课本如是介绍:信源编码:表示信源和降低信源的信息速率。

信道编码:消除或减轻信道错误的影响。

通过适当的调制方式来运载信息,以适应信道特征。

本人总结:一.信源编码信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率,即通常所说的数据压缩。

码元速率将直接影响传输所占的带宽,而传输带宽又直接反映了通信的有效性。

作用之二是,当信息源给出的是模拟语音信号时,信源编码器将其转换成数字信号,以实现模拟信号的数字化传输。

模拟信号数字化传输的两种方式:脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)。

信源译码是信源编码的逆过程。

1.脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制:一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值,从而实现通信的方式。

由于这种通信方式抗干扰能力强,它在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。

《信道编码概述》课件

《信道编码概述》课件

在5G通信中得到广泛应用。
3
低密度奇偶校验码
LDPC码采用稀疏矩阵来实现高效的纠错 性能,正在逐渐取代传统的卷积码。
量子码
量子通信领域的新兴编码技术,具有抗 干扰和加密安全性强等特点。
结论
1 信道编码的重要性
信道编码在现代通信中起着至关重要的作用,提高了数据的可靠性和传输效率。
2 发展趋势
信道编码技术将不断发展,且应用范围将进一步扩大。
信道编码概述
信道编码是数字通信中的重要环节,通过对数据进行编码,提高数据的可靠 性和传输效率。
什么是信道编码?
信道编码是一种将原始数据转换为编码数据的技术,用于在传输过程中检测 和纠正数据中的错误。
信道编码的分类
奇偶校验码
通过添加校验位来检测和纠正单个错误。
卷积码
通过卷积运算来实现编码和译码,具有良好的 纠错性能。
3 未来展望
随着通信技术的不断创新,信道编码将在更多领域取得突破和应用。
海明码
通过添加冗余位和校验矩阵来检测和纠正多个 错误。
Turbo码
采用串联结构的卷积码,具有更好的误码性能。
信道编码的性能分析
1 误码率
衡量信道编的传输效率,即编码后数据的大小与原始数据的比例。
3 带宽效率
衡量信道编码的频谱利用率,即在单位时间内传输的有效数据的多少。
信道编码的应用
数字通信
在数字通信系统中,信道编码 用于提高数据传输的可靠性和 传输效率。
数字电视
数字电视信号采用信道编码技 术,提供更高的图像质量和抗 干扰能力。
无线通信
无线通信系统中的信道编码可 以增强信号传输的稳定性和可 靠性。
信道编码的未来发展
1

第四章《通信原理》信道

第四章《通信原理》信道

理想无失真信道, 理想无失真信道,它的
H ( jω ) = ke
jω t d
H ( jω ) = k 幅频特性 (ω ) = ωt d 相频特性
实际的信道往往不能满足这些要求。例如电话信号 实际的信道往往不能满足这些要求。 的频带在300Hz 3400Hz范围内 300Hz范围内; 的频带在300Hz-3400Hz范围内;而电话信道的幅频特性 和相频特性示于下图。
调制信道 编码信道
1、调制信道 指从调制器输出到解调器输入端的所有变换装置 及传输媒介。因为从调制解调角度而言, 及传输媒介。因为从调制解调角度而言,调制信道仅 对已调信号进行传输,因此可视为一个整体。 对已调信号进行传输,因此可视为一个整体。
2、编码信道 、 指从编码器输出到译码器输入端的所有变换装置 及传输媒介。因为从编译码的角度而言, 及传输媒介。因为从编译码的角度而言,它们之间的 一切环节只起了传输数字信号的作用, 一切环节只起了传输数字信号的作用,因此可视为一 个整体。 个整体。
第四章 信道
在讲通信系统模型中我们知道, 在讲通信系统模型中我们知道,信道是信息传 输的媒介。它可分为两大类:有线信道和无线信道。 输的媒介。它可分为两大类:有线信道和无线信道。 传统的固定电话网用有线信道作为传输媒介。 传统的固定电话网用有线信道作为传输媒介。而无 线电广播则是用无线信道传播电台节目。 线电广播则是用无线信道传播电台节目。 信号在信道中传输,一方面受信道特性的影响; 信号在信道中传输,一方面受信道特性的影响; 另一方面还要受到信道中噪声的影响。 另一方面还要受到信道中噪声的影响。本章简单介 绍信道特性和信道中的噪声, 绍信道特性和信道中的噪声,以及信道特性对信号 传输的影响。 传输的影响。
一、加性噪声的分类

信道编码与交织

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
11
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Yao Bin
57 57 57 57 A57
A57 A57 A57 B57 B57 B57 B57
3 3 3 3 3
3 3 3 3 3 3 3
13
0
0
0
0
0
0 0 0 0 0 0
0
0 0 0 0 0 0
26 26
26 26 26
信息产业部电信传输研究所
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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。

移动通信中的语音编码和信道编码

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。

移动通信中的语音编码和信道编码

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。

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• 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
• 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
• 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。
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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
服务类型
语音编码器(比特率:kbps)
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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:
• 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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4.1.3 声码器
图4-2 典型的线性预测编码声码器原理框图
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4.1.3 声码器
• 必须传输的编码量化参数有预测器系数、音调周 期、请浊音判决和增益系数。
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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。
• 大多数线性预测声码器研究集中在1.2-2.4Kbit/s. • 理论和实践都表明,用声码器进行语音通信,其
语音质量提高主要症结在于模型的激励信号。多 年来,一直以准周期和白噪声作为激励源,这对 提高语音质量有障碍。 • 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
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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
பைடு நூலகம்
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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 概述 4.1.2 语音信号特征 4.1.3 声码器 4.1.4 线性预测编码器 4.1.5 移动通信中语音编码器的选择 4.1.6 GSM系统语音编码器 4.1.7 IS-95系统语音编码器
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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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4.1.6 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。
• 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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4.1.2 语音信号特征
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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。
为此对这两种时延的限定各自可不超过65ms。考 虑到二/四线转换阻抗不匹配会导致反射现象发生, 上述的时延将给用户带来令人厌烦的回声,因此需要 采用回波抑制器来消除时延的影响。
• 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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4.1.3 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。
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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4.1.5 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)
• 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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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。
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。
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4.1.4 线性预测编码器
1.多脉冲激励线性预测编码(MPLPC)
图4-4 MPLPC算法基本原理
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4.1.4 线性预测编码器
• 无论合成清音或浊音,激励源一律使用多脉冲序 列形式。图4-4 给出这一算法基本原理
• 加上感知加权滤波器后,主观听觉上的语音质量 有明显的提高。
时延/ms
0 0 25 35 35 35
质量
高级 高级 高级 通信级 通信级 合成级
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4.1.6 GSM系统语音编码器
1 GSM系统语音编码器性能要求 (1)语音质量 • 对语音编码最基本的要求就是用户角度测试,在
可工作的范围内,平均语音质量应至少不低于 900MHz模拟移动系统。 • 语音编码算法应具有很强的适应频谱以及电平变 化的能力。 • 语音编码器能够不受环境噪声以及很多语音信号 混杂的干扰。
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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。
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