[信息與通信]現(xiàn)代通信新技術(shù)

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1、2021/9/51現(xiàn)代通信新技術(shù)北京郵電大學(xué)張永軍yjzhang@bupt.edu.cn62281173-603通知：下周停課一次（順延）2021/9/52第二章：信息處理技術(shù)基礎(chǔ)語音處理和交換語音數(shù)字化處理程控?cái)?shù)字交換機(jī)語音的壓縮處理通知：下周停課一次（順延）2021/9/53音頻信息主要是指由自然界中各種音源發(fā)出的可聞聲和由計(jì)算機(jī)通過專門設(shè)備合成的語音或音樂。音頻信號2021/9/54音頻信號特性音頻信號是隨時(shí)間變化的連續(xù)媒體，對音頻信號的處理要求有比較強(qiáng)的時(shí)序性，即較小的延時(shí)和時(shí)延抖動(dòng)。不同類型的發(fā)聲體其聲音信號的頻譜分布各不相同。語音的主要能量分布較窄

2、，大概為100Hz～5kHz；歌唱聲的頻譜要寬的多，大概為82Hz～10kHz；各種樂器發(fā)聲的頻譜范圍一般要到20～20kHz。聲音信號的強(qiáng)度在一個(gè)范圍內(nèi)隨時(shí)隨刻發(fā)生著改變，聲音信號的動(dòng)態(tài)范圍：語音信號大概有20～40分貝的動(dòng)態(tài)范圍；交響樂、戲劇等聲音的動(dòng)態(tài)范圍可高達(dá)60～80分貝。音頻信號2021/9/55人的聽覺特性人對聲音強(qiáng)弱的感覺人對聲音頻率的感覺人類聽覺的頻響特性人類聽覺的掩蔽效應(yīng)音頻信號2021/9/56普通電話業(yè)務(wù)普通電話業(yè)務(wù)是發(fā)明最早和應(yīng)用最為普及的一種通信業(yè)務(wù)，它在基于電路交換原理的電話交換網(wǎng)絡(luò)支持下，提供人們最基本的點(diǎn)到點(diǎn)語音（300-34

3、00Hz）通信功能。根據(jù)通信距離和覆蓋范圍電話業(yè)務(wù)可分為市話業(yè)務(wù)、國內(nèi)長途業(yè)務(wù)和國際長途業(yè)務(wù)。現(xiàn)在還可以為用戶提供來電顯示、三方通話、轉(zhuǎn)移呼叫、會議電話、短消息收發(fā)等增值功能。還可以提供傳真、互聯(lián)網(wǎng)撥號接入等功能。智能網(wǎng)業(yè)務(wù)IP電話音頻業(yè)務(wù)2021/9/57話音業(yè)務(wù)將成為標(biāo)準(zhǔn)化的廉價(jià)日用品－2009年（？），所有技術(shù)（PSTN/VOIP/移動(dòng)）所有距離的話音業(yè)務(wù)都將是標(biāo)準(zhǔn)價(jià)，不限時(shí)的包月制語音價(jià)格將是PSTN和VOIP的標(biāo)準(zhǔn)模式話音業(yè)務(wù)走向無線化－2009年（？），75％的呼出分鐘由移動(dòng)發(fā)起（04年為20％）－2009年（？），35％目前的消費(fèi)類PSTN用戶（

4、4億）將停止使用傳統(tǒng)的固話，而只要靠移動(dòng)或VOIP業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù)收入將繼續(xù)下降－2009年（？），消費(fèi)類PSTN業(yè)務(wù)收入將降低40％－2010年前，低成本話音將是3G的主要驅(qū)動(dòng)力－2010年，3G話音價(jià)格將比主導(dǎo)的2G語音便宜50%話音業(yè)務(wù)的命運(yùn)音頻業(yè)務(wù)2021/9/58語音數(shù)字化的目的：便于傳輸或存儲音頻信號的數(shù)字化對傳輸?shù)恼Z音數(shù)字化通常采用PCM方法：PCM:脈沖編碼調(diào)制（PulseCodedModulation），簡稱脈碼調(diào)制，指一種利用一系列數(shù)字采樣來表示音頻信號的方法。2021/9/59PCM過程包括：抽樣、量化、編碼語音信號要在數(shù)字線路上傳輸，必須將

5、語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這需要經(jīng)過三個(gè)步驟：1）采樣——按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣2）量化——對每個(gè)樣本舍入到量化級別上3）編碼——對每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼脈沖編碼調(diào)制(PCM)的原理模擬話音采樣時(shí)鐘PAM信號PCM信號抽樣電路量化和編碼數(shù)字化聲音2021/9/5103.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100原始信號PAM脈沖PCM脈沖（有量化誤差）011100011011001100PCM輸出脈沖編碼調(diào)制(PCM)的原理2021/9/511脈沖編碼調(diào)制(PCM)基本原理奈奎斯特定理（采樣定理）：如果連續(xù)變化的模擬

6、信號最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。--話音信道帶寬<4KHz--采樣時(shí)鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級數(shù)：256級(8位二進(jìn)制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號的速率=64Kbps模擬話音采樣時(shí)鐘PAM信號PCM信號抽樣電路量化和編碼數(shù)字化聲音2021/9/512對小信號采用小的量化間隔，對大信號采用大的量化間隔，這樣可以用較少的位數(shù)編碼。對大信號來說，雖然絕對量化誤差較大，但是因?yàn)椋海?）大信號出現(xiàn)的機(jī)會不多，（2）信噪比（相對誤差）與小信號

7、是一致的，所以對總的話音質(zhì)量影響不大。非均勻量化也是一種壓縮*PCM－非均勻量化2021/9/513A律：13折線u律：15折線*PCM－折線近似2021/9/514*PCM－編碼規(guī)則2021/9/515A律(A-Law)壓擴(kuò)(G.711)主要用在歐洲和中國大陸等地區(qū)的數(shù)字電話通信中μ律(μ-Law)壓擴(kuò)(G.711)主要用在北美和日本等地區(qū)的數(shù)字電話通信中。對于采樣頻率為8kHz，樣本精度為13位、14位或者16位的輸入信號，使用m律壓擴(kuò)編碼或者使用A律壓擴(kuò)編碼，經(jīng)過PCM編碼器之后每個(gè)樣本的精度為8位，輸出的數(shù)據(jù)率為64kb/s。這個(gè)數(shù)據(jù)就是CCITT推薦

8、的G.711標(biāo)準(zhǔn)。*PCM－非均勻量化