【正文】 語音質(zhì)量。 激勵源與混合編碼從上節(jié)所述可知：波形編碼速率太高，而參數(shù)編碼能夠?qū)崿F(xiàn)低速率編碼，但語音質(zhì)量較差，都不適合在數(shù)字移動通信中選用。歸納起來，無線通信對數(shù)字語音編碼技術(shù)的要求如下：1．速率較低，純編碼速率要低于 16kbit/s；2．在一定的編碼速率下語音質(zhì)量應(yīng)盡可能高；3．編解碼時延應(yīng)較短，控制在幾十毫秒之內(nèi)；4．在強噪聲環(huán)境中，算法應(yīng)具有較高的抗誤碼性能，以保持較好的話音質(zhì)量。慢衰落損耗，尤其是快衰落損耗會引起較高的信道誤比特率，因此編碼算法應(yīng)有較好的抗誤碼能力。2．快衰落損耗：它主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反映了微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從Reyleigh(瑞利分布)或 Rician(萊斯 )分布，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，其中它又可分為以下三類：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落與時間選擇性衰落。 無線信道的衰落1．慢衰落損耗：它是由于在電波的傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。低比特率語音編碼提供了解決該問題的一種方法。下面主要討論無線信道的某些特點，從而總結(jié)最適合于無線信道傳輸?shù)恼Z音編碼技術(shù)的特點，提高數(shù)字移動通信的準(zhǔn)確性。這是語音編碼技術(shù)目前一個很重要的發(fā)展動向，受到人們的廣泛關(guān)注。如圖 1－4 可知，目前研制的混合編碼最接近于研究目標(biāo)。虛線給出了研究目標(biāo)。圖的橫坐標(biāo)為比特速率，縱坐標(biāo)為語音質(zhì)量的主觀評定分?jǐn)?shù)。目前，許多低速高音質(zhì)編碼器都是用 DSP 實現(xiàn)的。實際上，很多編碼算法在理論上較早就提出來了，由于硬件方面上的困難，沒能應(yīng)用到實用系統(tǒng)中。按速率不同可將語音編碼器分成兩大類：一類是所謂的低速率編碼器，速率低于 。屬于混合編碼。它們的速率從 ，語音質(zhì)量可達到中等。參數(shù)編碼的一項突出進展是提出了矢量量化編碼技術(shù)，可進一步壓縮速率。這些技術(shù)大都利用數(shù)字信號處理技術(shù)提取某些語音特征參量來傳輸，以達到壓縮速率的目的。波形編碼的改進主要有自適應(yīng)差分 PCM(ADPCM)(目前中國電信的小靈通系統(tǒng)的語音編碼技術(shù)就是 32kbit/s ADPCM)、子帶編碼（ SBC） 、自適應(yīng)變換域編碼（ATC） 、時域諧波壓擴（TDHS）等。研究的方向主要有兩個：一是降低語音編12 / 45碼的速率，這主要是針對語音質(zhì)量好但速率高的波形編碼，特別是 64kbit/s的 PCM。主要應(yīng)用于軍方的保密通信，語音質(zhì)量僅能達到合成質(zhì)量，且對背景噪聲敏感。當(dāng)速率是 8kbit/s 至 16kbit/s 時，語音質(zhì)量較差。另一類型的波形編碼是增量調(diào)制（Delta Modulation） ，較簡單且能抗誤碼。 語音編碼技術(shù)的進展與現(xiàn)狀語音編碼技術(shù)首先應(yīng)用于有線通信和保密通信，其中最成熟的實用數(shù)字語音系統(tǒng)是 64kbit/s 的 PCM。 得分在不超過 3 分者稱為合成質(zhì)量的語音編碼，系指一些聲碼器合成的語音所能達到的質(zhì)量。從用戶角度看，通常認(rèn)為語音質(zhì)量得分在 4 分和 4 分以上者為高質(zhì)量語音編碼，達到長途電話網(wǎng)的質(zhì)量要求，也常稱之為網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。表 13 給出了主觀評定等級制的質(zhì)量等級、分?jǐn)?shù)和相應(yīng)的收聽注意力等級。其方法是，由數(shù)十名試聽者在不同信道環(huán)境中試聽并給予評分，然后對評分進行統(tǒng)計處理，求出平均得分，分?jǐn)?shù)等級采用五級分制。語音質(zhì)量的高低的直接感受者是聽者的主觀感覺，所以要客觀地對語語音質(zhì)量進行測量是一個長期存在的難題。典型的語音編碼方式和信息壓縮技術(shù)的關(guān)系見圖1－2。波形處理技術(shù)的目標(biāo)是削減語音波形的冗余度，包括線形預(yù)測分析，頻帶分割、正交變換和分析合成等。 信息壓縮技術(shù)要實現(xiàn)低速、高質(zhì)量的語音編碼，必須采用信息壓縮技術(shù)。多脈沖激勵線性預(yù)測（MPELPT）編碼、規(guī)則脈沖激勵線性預(yù)測（RPELPT ）編碼和碼激勵線性預(yù)測（CELP）編碼等，都屬于混合編碼。混合編碼數(shù)字語音信號中既包括若干語音特征參數(shù)又包括部分波形編碼信息，其可將比特速率壓縮到 4~16kbit/s，在8~16kbit/s 范圍內(nèi)能達到良好的話音質(zhì)量。基于上述兩種編碼技術(shù)，可對現(xiàn)有的語音編碼器作如圖 11 的分類。這種編碼技術(shù)可實現(xiàn)低速率語音編碼，比特速率可低至 ，但語音質(zhì)量中等，自然度較低，即使是熟人一般也聽不出講話人是誰。在接收端，根據(jù)接收到的數(shù)字信號經(jīng)變換恢復(fù)的濾波器系數(shù)和聲源參數(shù)重建語音信號。具體來說，參數(shù)編碼是以發(fā)音機制的模型作為基礎(chǔ)，用一套模擬聲帶頻譜特性的濾波器系數(shù)和若干聲源參數(shù)來描述這個模型。這些參數(shù)主要包括基音周期、共振峰頻率、語音強度、濁音\ 清音判決。脈沖編碼調(diào)制8 / 45（PCM）和增量調(diào)制（ ）以及它們的各種改進型都屬于波形編碼技術(shù)。對于比特速率較高的編碼信號（例如從 16kbit/s 到 64kbit/s） ，波形編碼技術(shù)能夠提供相當(dāng)好的話音質(zhì)量。在量化過程中，充分利用語音信號幅度的非均勻概率分布、連續(xù)語音抽樣信號之間的非零相關(guān)性、語音頻譜的非平坦等特性，提高了量化效率，改善了量化性能。 波形編碼波形編碼是將時間域信號直接變換成數(shù)字代碼，其目的是盡可能精確地再現(xiàn)原來的話音波形。清音波形類似于噪音。如果聲道在某處發(fā)生收縮，同時迫使空氣以高速沖過這以收縮部分而產(chǎn)生湍流，就得到清音?；糁芷赽f pT時語音信號的主要特征之一。當(dāng)氣流通過聲門時，如果聲帶振動并產(chǎn)生一個準(zhǔn)周期的空氣脈沖，這一空氣脈沖激勵聲道，就得到濁音。 語音中的清音和濁音根據(jù)發(fā)音的機制不同，語言的聲音可分為濁音和清音兩大類。數(shù)學(xué)表達式為如式（1－3）所示： （1－3）2121NKSSFM??????????其中 是語音信號 PSD 在頻域軸上第 k 個抽樣值。利用頻譜平坦檢測（SFM）研究語音頻譜的非均勻特性方法，可以得到理論上最大的編碼增益的定量分析。這說明在不同的頻域上分別編碼，可以產(chǎn)生明顯的編碼增益。PSD 非平坦特性基本上是非零自相關(guān)特性在頻域中的典型表現(xiàn)。典型的信號存在一個連續(xù)抽樣值()1的相關(guān)性， 為 到 之間。該函數(shù)的表達式如式（1－2）所示：　　　　　　?。?－2）10()()NknCxk????其中 表示第 k 個語音抽樣。所有的差分編碼及預(yù)測編碼的技術(shù)都是以研究該特性為基礎(chǔ)的。 自相關(guān)函數(shù)（ACF）自相關(guān)函數(shù)是另一個語音信號中非常有用的特性，即在語音相連的抽樣值之間存在很大的相關(guān)性。語音成分的短時 PDF 也是單峰函數(shù)，通常近似地認(rèn)為是高斯分布。式（1－1）的雙邊指數(shù)函數(shù)，是電話質(zhì)量語音信號的長時概率分布密度函數(shù) 很好的近似表達式。在這兩個極端之間單調(diào)遞減。 概率分布密度函數(shù)（PDF）語音幅度的非均勻概率分布密度函數(shù)是另一個重要的語音信號特性。一個有限的帶寬意味著它可以以一定的速率抽樣，當(dāng)抽樣頻率大于或等于 2 倍的信號最高頻率成分 fm 時，就可以從抽樣值中完全5 / 45恢復(fù)原來的信號。其中最常用的包括語音幅度的非均勻概率分布、連續(xù)語音抽樣信號之間的非零相關(guān)性、語音頻譜的非平坦特性、語音中的清音和濁音成分的存在、語音信號的類周期性。語音編碼技術(shù)本身已發(fā)展多年，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展尤其是隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、信號處理技術(shù)以及編碼理論的發(fā)展和進步，語音編碼技術(shù)取得許多突破性進展，研究出許多實用的編碼技術(shù)，這些技術(shù)在不斷研究、改進和應(yīng)用中日趨成熟，形成了各種實用的語音編碼技術(shù)，在各類通信網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。語音編碼為信源編碼，它將模擬信號變成數(shù)字信號以便在信道中傳播。在可以預(yù)見的未來的通信中，盡管語音信號在通信信息總量中所占的比例會有所下降，但仍然會是傳輸最多的信息。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，圖像、數(shù)據(jù)等非話音信息在通信信息總量中所占的比例大大提高，而且這種提高的趨勢仍然會繼續(xù)下去。最后一個單元對正處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段的 3G 三大主流技術(shù)擬采用的編碼技術(shù)做了簡單的介紹。本論文可分為三個單元，第一單元包括一、二章，主要對語音編碼技術(shù)作一個簡要的描述，在此基礎(chǔ)上簡單分析了移動通信的特點，總結(jié)了適合數(shù)字移動通信的語音編碼技術(shù)的特點。本論文以具體所使用的數(shù)字移動通信系統(tǒng)為依據(jù)，以編碼器和譯碼器為單元，主要以原理框圖的形式，對所使用的各種語音編碼技術(shù)的原理進行討論。目前介紹移動通信原理的文章、書籍很多，但都很少涉及信源編碼這個方面。在移動通信中傳輸最多的信息是語音信號，因而語音編碼的技術(shù)在數(shù)字移動通信中具有相當(dāng)關(guān)鍵的作用。關(guān)鍵詞: 數(shù)字移動通信，語音編碼，變速率編碼，3G2 / 45ABSTRACTWith the rapid development of the digital mobile munication , especially the development of the 3G , the channel bee extreme plex . How to keep a good quality of call in the more and more worsen munication condition and improve the capacity of the system, it is very important for the development of the society .which make people to produce transfer , store and capture the information more technology of speech coding offers a way to meet this can efficiently press the transmission bandwidth of speech signals，to improve the capacity of the system.First this text introduced the mathematics foundation,basic concept and the development conditions of speech coding in brief,and analyzed the characteristics of the digital mobile munication. At the foundation this text put forward the charcateristics of speech coding that fit for the digital mobile munication with CHINA MOBILE (GSM)and CHINA UNICOM(CDMA) we are currently using,and discuss the RPELTP and QCELP speech coders they used in last this text simple introduced the speech coders of three essential techniques in 3G.KEYWORDS: Digital Mobile Communication,Speech Coding,Variable Rate Speech Coding ,3G3 / 45前 言現(xiàn)代社會已步入信息時代，世界各國都在致力于現(xiàn)代通信技術(shù)的開發(fā)以及現(xiàn)代綜合通信網(wǎng)的建設(shè)。結(jié)合目前大家使用的中國移動（GSM ）和中國聯(lián)通(CDMA)數(shù)字移動通信系統(tǒng)，對其使用的 RPELTP 和 QCELP 編碼技術(shù)做了詳細的討論。語音編碼技術(shù)可以有效地壓縮語音信號的傳輸帶寬，增加通信系統(tǒng)的容量，給解決這一問題提供了一個有效的途徑。1 / 45摘 要隨著數(shù)字移動通信的高速發(fā)展，尤其是第三代移動通信的發(fā)展，使得當(dāng)今的信道環(huán)境變得極其復(fù)雜。如何在日趨惡劣的通信環(huán)境中保持良好的通話質(zhì)量，增加通信系統(tǒng)容量，使人們能更加有效地產(chǎn)生、傳輸、存儲和獲取語言信息，這對于促進社會發(fā)展具有十分重大的意義。本文首先簡單介紹了語音編碼技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、基本概念和發(fā)展現(xiàn)狀，并簡單地分析了數(shù)字移動通信的特點，總結(jié)了適合數(shù)字移動通信的語音編碼技術(shù)的特點。并對正處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段的 3G 三大主流技術(shù)擬采用的編碼技術(shù)做了簡單的介紹。數(shù)字移動通信是現(xiàn)代通信技術(shù)中不可缺少的部分。自八十年代末開始，我國的移動通信事業(yè)發(fā)展極為迅速，經(jīng)歷了第一代的模擬移動通信和第二代數(shù)字移動通信，到現(xiàn)在使用的二代半移動通信，還有即將投入使用的第三代數(shù)字移動通信。總結(jié)數(shù)字移動通信系統(tǒng)中使用的各種語音編碼技術(shù)，全面，系統(tǒng)地分析它們的原理，技術(shù)及應(yīng)用，不僅能夠更好地了解當(dāng)前的移動通信系統(tǒng)原理，還對促進通信和信號處理事業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。在討論過程中，以各個語音編碼標(biāo)準(zhǔn)的公布時間先后為線索，以編碼技術(shù)的不同特點為切入點進行詳細的討論。第二單元為三、四章，結(jié)合目前大家使用的中國移動（GSM）和中國聯(lián)通 (CDMA)數(shù)字移動通信系統(tǒng)，對其使用的RPELTP 和 QCELP 編碼技術(shù)做了詳細的討論。4 / 45第一章 語音編碼概述在現(xiàn)代通信中，信息的傳輸都是以數(shù)字信號的形式進行的，因而在通信的發(fā)送端必須將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在接收端再將數(shù)字信號還原成模擬信號。但是，到目前為止，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中，傳輸最多的信息仍然是語音信號。因而語音編碼技術(shù)在數(shù)字移動通信中具有相當(dāng)關(guān)鍵的作用。這是數(shù)字移動通信網(wǎng)中的至關(guān)重要的一步。 語音信號的特性要對語音信號進行壓縮，就要了解語音信號的一些特性，根據(jù)這些對設(shè)計編碼有用的特性，提出合適的編碼技術(shù)。最基