ip電話技術(shù)與軟交換3-4

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1、第3章語音處理技術(shù)本章首先討論了影響語音編碼算法的幾個因素，然后闡釋了波形編碼和參數(shù)編碼的基本原理，并詳細介紹了在IP電話系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用的G.729編碼和G.723.1編碼主要的性能指標及帶寬計算，最后介紹了消除時延抖動、消除回聲和靜音抑制的相關(guān)技術(shù)。3.1語音編解碼的基本指標1.比特率比特率是選擇語音編解碼算法的基本因素。降低語音編解碼比特率可以減少語音在網(wǎng)絡(luò)中的流量，以便充分利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源。在傳統(tǒng)電話中使用得最廣泛的PCM編碼是固定比特率編碼，比特率為64?kbit/s。目前我國IP電話系統(tǒng)比較廣泛采用的壓縮語音編解碼是G.729編碼和G.723.1編碼。G.729編碼的比特率

2、為8?kbit/s，G.723.1編碼的比特率是6.3?kbit/s和5.3?kbit/s。2.時延時延包含算法時延、處理時延、打包時延、傳輸時延和抖動緩沖時延。3.復(fù)雜度復(fù)雜度是指對語音信號編解碼時處理的復(fù)雜程度。復(fù)雜度決定了編解碼器硬件的成本和功耗，也影響到編解碼器的實時性。4.語音質(zhì)量設(shè)計編碼器時，要綜合考慮語音質(zhì)量與編碼速率(帶寬)之間的關(guān)系。一般來說，高速率編碼算法質(zhì)量較好，占用帶寬大；反之，低速率編碼算法質(zhì)量較差，但占用帶寬小。3.2語音編碼的基本原理3.2.1波形編碼1.PCM編碼(1)抽樣模擬信號在時間上和幅度上都是連續(xù)的，通過抽樣，將時間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間上離散的

3、抽樣值。(2)量化量化是指用有限個度量值來表示抽樣后的信號的幅度值，將信號的幅度值就近歸入鄰近的度量級。即將幅度上連續(xù)的抽樣值變換為幅度上離散的量化值。(3)編碼每個量化值采用數(shù)字碼字表示就稱之為編碼。2.低速率波形編碼技術(shù)(1)差分編碼技術(shù)降低編碼比特率的基本思路是利用語音抽樣信號之間的相關(guān)性。差分編碼技術(shù)不是對抽樣值本身進行編碼，而是對相鄰的抽樣差值進行編碼，由于抽樣差值較小，所需的比特率可以下降，這就是差分脈沖編碼(DPCM)。產(chǎn)生差分信號最簡單的方法是直接存儲前一次的輸入采樣值，然后用模擬減法器獲得差值，經(jīng)量化編碼后發(fā)送出去。這是差分編碼技術(shù)的基本思想。(2)自適應(yīng)量化在不同的條

4、件下語音能量的差別很大。為了獲得盡可能小的量化信噪比，應(yīng)該對小信號采用較小的量化步長，對大信號采用較大的量化步長進行量化。這就要求能根據(jù)輸入信號的幅度變化動態(tài)地調(diào)整量化步長，使量化器范圍和輸入信號的動態(tài)范圍相匹配，減小量化噪聲，從而進一步降低編碼比特率。這就是自適應(yīng)量化技術(shù)。(3)自適應(yīng)線性預(yù)測差分編碼調(diào)制之所以能降低比特率是因為它編碼的對象是差分信號，其功率較原信號低。由于差分編碼采用的是固定預(yù)測系數(shù)，不能很好地適應(yīng)語音的不平穩(wěn)特性，為此必須采用自適應(yīng)技術(shù)動態(tài)調(diào)整預(yù)測系數(shù)，才能進一步降低編碼比特率。這就是自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)技術(shù)。自適應(yīng)線性預(yù)測的基本原理是根據(jù)語音波形的時

5、間相關(guān)性確定預(yù)測系數(shù)，使差分信號的方差為最小，時間相關(guān)性則是以自相關(guān)函數(shù)來度量的。由于語音信號的自相關(guān)函數(shù)大體是隨音節(jié)而變化的，也就是在一個音節(jié)時間內(nèi)自相關(guān)函數(shù)基本不變，只是從一個音節(jié)至另一音節(jié)時才有較明顯的變化，因此自適應(yīng)預(yù)測都采用音節(jié)適應(yīng)算法。3.2.2參數(shù)編碼1.參數(shù)編碼的基本原理參數(shù)編碼器又稱聲碼器(Vocoder)，是根據(jù)對聲音形成機理的分析，著眼于構(gòu)造語音生成模型，發(fā)送的主要信息就是該模型的參數(shù)(相當于語音的主要特征)，而不是具體的語音波形幅值。2.語音信號產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型圖3.2.1語音生成的數(shù)字模型3.低速率語音編碼器減少編碼比特率的幾種措施(1)盡量減少語音信號中的冗余度(

6、2)充分利用人耳的聽覺特性來減少編碼信息(3)靜音壓縮4.線性預(yù)測合成分析編碼器線性預(yù)測合成分析(LPAS)編碼器是應(yīng)用得最廣泛的參數(shù)編碼器，其原理結(jié)構(gòu)如圖3.2.2所示。圖3.2.2LPAS編碼器結(jié)構(gòu)線性預(yù)測合成分析使用的基本算法編碼過程如圖3.2.3所示。在編碼過程中，使用一個閉環(huán)優(yōu)化過程來決定激勵信號，然后用這個激勵信號去激勵一個長時預(yù)測合成濾波器和一個短時預(yù)測合成濾波器，從而產(chǎn)生一個聽覺上優(yōu)化了的合成語音信號。激勵信號是從一個采樣數(shù)據(jù)塊中遵循最小均方差的原則選取的，誤差信號為原始語音信號與解碼語音信號之差，并通過加權(quán)濾波器濾波。圖3.2.3線性預(yù)測合成分析編碼算法的基本流程3.3

7、G.729和G.723.1語音編解碼器在我國IP電話系統(tǒng)中采用的編解碼器是G.729、G.729A和G.723.1等參數(shù)語音編解碼器。3.3.1G.729聲碼器1.性能特點G.729編碼的主要性能指標有如下幾點：編碼比特率：編碼比特率是8kbit/s，另外，最近的G.729附件還包含了靜音抑制處理；算法時延：幀長為10ms，由2個子幀組成，前視5ms，算法時延15ms；處理復(fù)雜度：G.729為20MIP