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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：移动通信数字化的基础 第1/2代蜂窝系统的根本区别 语音编码的意义： 提高通话质量(数字化+信道编码纠错) 提高频谱利用率(低码率编码) 提高系统容量 (低码率、语音激活技术) 移动通信对语音编码的要求： 编码速率低，语音质量好 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能 编译码延时小、总延时在65ms以内 编译码器复杂度低，便于大规模集成化 功耗小，便于应用于手持机 语音编码技术的分类 语音编码技术的分类 1.波形编码：将时域模拟话音的波形信号经过采样、量化和编码形成数字语音信号，目的在于尽可能精确地再现原来的语音波形。 编码速率较高：16k~64k 包括：PCM、ADPCM、ΔM、CVSDM、APC等 占用较高带宽，适合有线 2.参量编码（声源编码）：基于人类语音的产生机理建立数学模型，根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。 编码速率较低：1.2k~4.8kbps 包括各种线性预测编码（LPC）方法和余弦声码器等 语音质量中等，不满足商用要求 语音编码技术的分类 3.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。 用于移动通信的语音编码 语音编码标准 G.711 PCM(64kbps) G.721 ADPCM(32kbps) G.722 7kHz带宽64kbps速率内的音频编码 G.723 6.3k/5.6k双速率多媒体语音编码 G.728 16kbps语音编码LD-CELP G.729 8kbps多媒体语音编码 语音编码的发展 极低速率语音编码，600bps 高保真语音编码 自适应多速率语音编码 新的编码分析技术： 非线性预测 多精度时频分析技术（子波分析技术） 高阶统计分析技术 5.1.2 语音信号特征 语音信号的产生模型: 语音的产生,声带和声道 不同语音产生的原因:声音激励源和声道不同 声音分类:浊音和清音 发声过程 口腔和鼻腔形成时变滤波器 浊音和清音 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 声码器原理：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 规则脉冲激励长期预测LPC LPC编码器的不足 损失了语音的自然度，即音质 抗噪声干扰能力差 谱包络的估计值可能产生较大失真 原因：LPC没有将发端模型的误差传送到收端 LPC改善方法： 采用更复杂的激励模型 利用一部分余数信息 长时延相关滤波器：产生浊音的音调结构，即频谱的精细结构，而短时延相关滤