第5章语音编码、信道编码和交织技术-Read.ppt

第5章 语音编码、信道编码和交织技术 本章提示 ? 蜂窝移动通信系统由于频率资源受限，一般数字语音编码技术如PCM、ADPCM、 ? M等，因为编码速率高而未被采用。蜂窝移动通信均采用13kbit/s以下低速率语音编码。 ? 信道编码是以增加传输码元冗余度，降低有效码元传输速率为代价，以牺牲通信的有效性换取通信的可靠性。 本章提示 ? 突发性干扰是快衰落在衰落深度和持续时间较长的情况下，对信号造成成串的错误，用一般信道编码方法很难纠错；只能用交织技术将成串的错误转换成随机差错后，再用信道编码方法纠错。 本章提示 ? 所有纠错编码的设计思路是如何适应信道，即什么类型信道就采用什么类型对应的纠错编码。如果是随机独立差错，可采用BCH码、卷积码等。然而交织编码的设计思路不是为了适应信道，而是为了改造信道。它是通过交织与去交织将一个有记忆的突发差错信道改造为基本上是无记忆的随机独立差错的信道，然后用纠随机独立差错的纠错码来纠错。 本章提示 ? Turbo码是近年来倍受瞩目的一项新技术。虽然它的复杂性、译码时延对有些应用带来困难（例如对实时语音），但它是目前已知的可实现的好的编码技术之一。 第5章 语音编码、信道编码和交织技术 5.1 语 音 编 码 5.2 信 道 编 码 5.3 交 织 编 码 5.1 语 音 编 码 5.1.1 概述 5.1.2 语音信号特征 5.1.3 声码器 5.1.4 线性预测编码器 5.1.5 移动通信中语音编码器的选择 5.1.6 GSM系统语音编码器 5.1.7 IS-95系统语音编码器 5.1.1 概述 语音编码技术通常分为三类：波形编码、声源编码（或参量编码）和混合编码。 波形编码的目的在于尽可能精确地再现原来的语音波形。 声源编码是将语音信息用特定的声源模型表示。 混合编码把波形编码的高质量和声码器的高效压缩性融为一体，尤其在16bit/s～8kbit/s范围内达到了良好的语音质量。 5.1.2 语音信号特征 图5-1 语音信号的产生模型 5.1.3 声码器 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。 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。 5.1.3 声码器 图5-2 线性预测编码声码器原理框图 5.1.4 线性预测编码器 图5-3 三种不同激励的语言合成模型 1．多脉冲激励线性预测编码（MPLPC） 图5-4 MPLPC算法基本原理 1．多脉冲激励线性预测编码（MPLPC） MPLPC方案是在给定的一帧N个激励样本中，保留M个，并确定其幅度与位置，使合成语音和原始输入语音之间的感知加权误差最小。 感知加权就是通过线性滤波使客观误差在不重要的频段上有所衰减，而在一些重要的频段上得以加强。 1．多脉冲激励线性预测编码（MPLPC） 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。 MPLPC必须进行量化编码，它传输的内容包括多脉冲激励的脉冲位置和幅度、长时和短时预测器系数、音调周期等。 MPLPC产生的语音质量和比特率取决于提供一帧语音激励信号的脉冲数目。 多脉冲激励方式要优化众多脉冲的位置与幅度参数，计算量大。 1．多脉冲激励线性预测编码（MPLPC） 图5-5 RPE编码方式激励可能模式 2．码激励线性预测编码（CELPC） 图5-6 CELPC的基本工作原理图 2．码激励线性预测编码（CELPC） 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。 5.1.5 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。 1．语音质量评估 图5-7 语音编码的现状 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）来实现。 编码硬件的成本通常随着复杂度的提高而增加。 2．语音编码器的复杂度和处理时延 5.1.6 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900MH