數字集群關鍵技術(2)

時間：2013-05-22　來源：中國集群通信網　作者：秩名　點擊：次

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輸入數據	當前碼元的相位增量
0	0
1	p/4
11	p/2
111	3p/4
101	p
100	5p/4
110	3p/2
10	7p/4

設圖4.4中，內環上8個相量的振幅為Al，外環上8個相量的振幅為A2。設在第K－1個碼元取樣時刻接收信號的振幅樣值為ZK-1，相位樣值為qK-1，則解調器需根據ZK-1和ZK來判定信號振幅是否發生了很大變化，以便確定當前碼元的第一個比特是否為“1”。

4.2 語音編碼技術

4.2.1 概述

語音編碼為信源編碼，其目的是為了把模擬語音轉變為數字信號以便在信道中傳輸，語音編碼技術在移動通信系統中與調制技術直接決定了系統的頻譜利用率。在移動通信中，節省頻譜是至關重要的，移動通信中對語音編碼技術的研究目的是在保證一定的話音質量的前提下，盡可能地降低語音碼的比特率。

語音編碼技術通常分為三類：波形編碼、參量編碼和混合編碼。
脈沖編碼調制PCM和增量調制AM是波形編碼的代表，波形編碼直接對模擬語音取樣、量化，并用代碼表示。波形編碼的比特率一般在16kbit／s至64kbit／s之間，它有較好的話音質量與成熟的技術實現方法。

參量編碼又稱聲源編碼，它是以發音機制的模型作為基礎，用一套模擬聲帶頻譜特性的濾波器系數和若干聲源參數來描述這個模型，在發送端從模擬語音信號中提取各個特征參量并進行量化編碼。這種編碼的特點是語音編碼速率較低，基本上在2kbit／s---4.8kbit／s之間，語音的可懂度較好，但有明顯的失真。

混合編碼是近年來提出的一類新的語音編碼技術，它將波形編碼和參量編碼結合起來，力圖保持波形編碼話音的高質量與參量編碼話碼的低速率。混合編碼數字語音信號中既包括若干語音特征參量又包括部分波形編碼信息。其比特率一般在4kbit/s---16kbit/s。
那么，什么樣的語音編碼技術適用于無線移動通信呢? 這主要取決于無線移動信道的條件。由于頻率資源十分有限，所以要求編碼信號的速率較低，由于移動信道的傳播條件惡劣，因而編碼算法應有較好的抗誤碼能力。另外，從用戶的角度出發，還應有較好的語音質量和較短的時延。歸納起來，移動通信對數字語音編碼的要求如下：
速率較低，純編碼速率應低于16kbit／S；
在一定編碼速率下音質應盡可能高；
編碼時延應較短，控制在幾十毫秒以內；
在強噪聲環境中，算法應具有較好的抗誤碼性能，以保持較好的話音質量；
算法復雜程度適中，易于大規模集成。

GSM所用的語音編碼是(RPE—LTP)，規則碼激勵長期預測編碼就是一種混合編碼技術，其純碼速率為13kbit／S，語音質量MOS得分可達4.0。

本節將介紹一種更新的語音編碼技術一向量和激勵線性預測編碼VSELP(Vector Sum Excited Linear Prediction)，它是美國數字蜂窩所使用的語音編碼技術，其純碼速率為4.8kbit／S，語音質量MOS得分可達3.5。

4.2.2 矢量和激勵線性預測編碼

矢量和激勵線性預測編碼(VSELP)屬于通稱為碼激勵線性預測(CELP)的編碼類型(也
稱為矢量激勵或隨機激勵)。VSELP語音編碼器可以利用合理的計算復雜性達到最高的可能的語音質量，同時提供給信道誤差韌性，這些目標對于遠程通信應用中的公認的低數據率(4.8 --- 8kpbs)語音編碼至關重要。
VSELP語音編碼器通過有效利用構造的激勵碼本達到上述目標，這種結構的激勵碼本降低了計算的復雜性并提高了對信道誤差的韌性，兩個VSELP激勵碼本便可以達到上述性能，同時也使用了可以達到高編碼效率的新型增益量化器，并且具有對信道誤差的韌性。新型的適應前／后置濾波器的設計提高了重建的語音質量。
本節針對8kbps和4.8kbps兩個VSELP編碼器的實例展開。

圖4.5是VSELP語音的解碼器的方框圖。VSELP codec總共利用三個激勵源，其一來自長項(節距)預測狀態或適應性碼本；其余的源來自VSELP激勵碼本之一或之二。

對于8kbps編碼器采用兩個VSELP碼本，每個碼本包含的信息量相當于128個矢量；而4.8kbps的編碼器僅利用一個VSELP碼本，包含相當于2048個矢量的信息量。這兩個或三個激勵源與它們相應的增益相乘，并求和以出組合的激勵序列ex(n)，處理完每一子幀后，ex(n)用于更新長項濾波器狀態，合成濾波器是直接十階全極點濾波器，LPC系數每20ms幀編碼一次，通過內插(對8kbps系統)每5ms子幀更新一次，激勵參數每子幀內也更新。

4.8kbps系統利用幀長為30ms，子幀長為7.5ms，子幀內一采樣數分別為：8kpbs為40，4.8kpbs為60，采樣率為8kHz。節距(pitch)前置濾波器和頻譜后置濾波器用于提高重建的語音質量。