数字通信中的语音编码技术gguf.docx

摘 要随着数字字移动通通信的高高速发展展，尤其其是第三三代移动动通信的的发展，使使得当今今的信道道环境变变得极其其复杂。如如何在日日趋恶劣劣的通信信环境中中保持良良好的通通话质量量，增加加通信系系统容量量，使人人们能更更加有效效地产生生、传输输、存储储和获取取语言信信息，这这对于促促进社会会发展具具有十分分重大的的意义。语语音编码码技术可可以有效效地压缩缩语音信信号的传传输带宽宽，增加加通信系系统的容容量，给给解决这这一问题题提供了了一个有有效的途途径。本文首先先简单介介绍了语语音编码码技术的的数学基基础、基基本概念念和发展展现状，并并简单地地分析了了数字移移动通信信的特点点，总结结了适合合数字移移动通信信的语音音编码技技术的特特点。结结合目前前大家使使用的中中国移动动（GSSM）和和中国联联通(CCDMAA)数字字移动通通信系统统，对其其使用的的RPEE-LTTP和QQCELLP编码码技术做做了详细细的讨论论。并对对正处于于产业化化发展阶阶段的33G三大大主流技技术拟采采用的编编码技术术做了简简单的介介绍。关键词: 数字移移动通信信，语音音编码，变变速率编编码，33GABSTTRACCTWithh thhe rrapiid ddeveeloppmennt oof tthe diggitaal mmobiile commmunnicaatioon , esspecciallly thee deevellopmmentt off thhe 33G , thhe cchannnell beecomme eextrremee coompllex . Hoow tto kkeepp a goood qquallityy off caall in thee mooreaand morre wworssen commmunnicaatioon ccondditiion andd immproove thee caapaccityy off thhe ssysttem, itt iss veery impporttantt foor tthe devveloopmeent of thee soocieety .whhichh maake peooplee too prroduucettrannsfeer , sttoree annd ccaptturee thhe iinfoormaatioon mmoree effficciennt.TThettechhnollogyy off sppeecch ccodiing offferss a wayy too meeet thiis cchalllennge.It cann effficcienntlyy coomprresss thhe ttrannsmiissiion banndwiidthh off sppeecch ssignnalss，too immproove thee caapaccityy off thhe ssysttem.Firsst tthiss teext inttrodduceed tthe matthemmatiics fouundaatioon,bbasiiccoonceept andd thhe ddeveeloppmennt ccondditiionss off sppeecch ccodiing in briief,andd annalyyzedd thhe ccharractteriistiics of thee diigittal mobbilee coommuuniccatiion. Att thhe ffounndattionn thhis texxt pput forrwarrd tthe chaarcaaterristticss off sppeecch ccodiing thaat ffit forr thhe ddigiitall moobille ccommmuniicattionn syysteem.BBondd wiith CHIINA MOBBILEE (GGSM)andd CHHINAA UNNICOOM(CCDMAA) wwe aare currrenntlyy ussingg,annd ddisccusss thhe RRPE-LTPP annd QQCELLP sspeeech codderss thhey useed iin ddetaail.At lasst tthiss teext simmplee inntrooducced thee sppeecch ccodeers of thrree esssenttiall teechnniquues in 3G.KEYWWORDDS: Diigittal Mobiile Commmuniicattionn,Sppeecch CCodiing,Variiablle RRatee Sppeecch CCodiing ,3GG前 言现代社会会已步入入信息时时代，世世界各国国都在致致力于现现代通信信技术的的开发以以及现代代综合通通信网的的建设。数数字移动动通信是是现代通通信技术术中不可可缺少的的部分。在在移动通通信中传传输最多多的信息息是语音音信号，因因而语音音编码的的技术在在数字移移动通信信中具有有相当关关键的作作用。自自八十年年代末开开始，我我国的移移动通信信事业发发展极为为迅速，经经历了第第一代的的模拟移移动通信信和第二二代数字字移动通通信，到到现在使使用的二二代半移移动通信信，还有有即将投投入使用用的第三三代数字字移动通通信。目目前介绍绍移动通通信原理理的文章章、书籍籍很多，但但都很少少涉及信信源编码码这个方方面。总总结数字字移动通通信系统统中使用用的各种种语音编编码技术术，全面面，系统统地分析析它们的的原理，技技术及应应用，不不仅能够够更好地地了解当当前的移移动通信信系统原原理，还还对促进进通信和和信号处处理事业业的发展展，具有有重要意意义。本论文以以具体所所使用的的数字移移动通信信系统为为依据，以以编码器器和译码码器为单单元，主主要以原原理框图图的形式式，对所所使用的的各种语语音编码码技术的的原理进进行讨论论。在讨讨论过程程中，以以各个语语音编码码标准的的公布时时间先后后为线索索，以编编码技术术的不同同特点为为切入点点进行详详细的讨讨论。本论文可可分为三三个单元元，第一一单元包包括一、二二章，主主要对语语音编码码技术作作一个简简要的描描述，在在此基础础上简单单分析了了移动通通信的特特点，总总结了适适合数字字移动通通信的语语音编码码技术的的特点。第第二单元元为三、四四章，结结合目前前大家使使用的中中国移动动（GSSM）和和中国联联通(CCDMAA)数字字移动通通信系统统，对其其使用的的RPEE-LTTP和QCEELP编编码技术术做了详详细的讨讨论。最最后一个个单元对对正处于于产业化化发展阶阶段的33G三大大主流技技术拟采采用的编编码技术术做了简简单的介介绍。第一章 语音音编码概概述在现代通通信中，信信息的传传输都是是以数字字信号的的形式进进行的，因因而在通通信的发发送端必必须将模模拟信号号转换为为数字信信号，在在接收端端再将数数字信号号还原成成模拟信信号。随随着科学学技术的的迅速发发展，图图像、数数据等非非话音信信息在通通信信息息总量中中所占的的比例大大大提高高，而且且这种提提高的趋趋势仍然然会继续续下去。但但是，到到目前为为止，在在大多数数通信系系统中，传传输最多多的信息息仍然是是语音信信号。在在可以预预见的未未来的通通信中，尽尽管语音音信号在在通信信信息总量量中所占占的比例例会有所所下降，但但仍然会会是传输输最多的的信息。因因而语音音编码技技术在数数字移动动通信中中具有相相当关键键的作用用。语音编码码为信源源编码，它它将模拟拟信号变变成数字字信号以以便在信信道中传传播。这这是数字字移动通通信网中中的至关关重要的的一步。语语音编码码技术本本身已发发展多年年，随着着科学技技术的迅迅速发展展尤其是是随着计计算机技技术、微微电子技技术、信信号处理理技术以以及编码码理论的的发展和和进步，语语音编码码技术取取得许多多突破性性进展，研研究出许许多实用用的编码码技术，这这些技术术在不断断研究、改改进和应应用中日日趋成熟熟，形成成了各种种实用的的语音编编码技术术，在各各类通信信网中得得到了广广泛的应应用。1.1 语音音信号的的特性要对语音音信号进进行压缩缩，就要要了解语语音信号号的一些些特性，根根据这些些对设计计编码有有用的特特性，提提出合适适的编码码技术。其其中最常常用的包包括语音音幅度的的非均匀匀概率分分布、连连续语音音抽样信信号之间间的非零零相关性性、语音音频谱的的非平坦坦特性、语语音中的的清音和和浊音成成分的存存在、语语音信号号的类周周期性。最最基本的的特性是是语音信信号是带带限的。一一个有限限的带宽宽意味着着它可以以以一定定的速率率抽样，当当抽样频频率大于于或等于于2倍的的信号最最高频率率成分ffm时，就就可以从从抽样值值中完全全恢复原原来的信信号。语语音信号号的带限限特性使使信号的的模数转转换成为为可能，同同时前面面提及的的各种特特性使量量化操作作（另一一个在语语音编码码中很重重要的处处理）能能以很高高的效率率实现。1.1.1 概率分分布密度度函数（PDFF）语音幅度度的非均均匀概率率分布密密度函数数是另一一个重要要的语音音信号特特性。语语音信号号的PDDF的一一般特性性是：在在近零幅幅度处高高概率分分布，在在幅度很很高处低低概率分分布。在在这两个个极端之之间单调调递减。但但是确切切的分布布依赖于于输入带带宽和录录音条件件。式（111）的的双边指指数函数数，是电电话质量量语音信信号的长长时概率率分布密密度函数数很好的的近似表表达式。 （111）注意到这这个函数数表明在在零值时时有一个个最大值值，这是是由于语语音经常常性的暂暂停以及及低频语语音成分分的存在在。语音音成分的的短时PPDF也也是单峰峰函数，通通常近似似地认为为是高斯斯分布。为了保持持输入信信号的PPDF与与量化电电平分布布相匹配配，采用用非均匀匀量化（包包括矢量量量化）方方法，在在高概率率分布的的地方安安排更多多的量化化电平，而而在概率率低的地地方安排排较少的的电平。1.1.2 自相关关函数（ACFF）自相关函函数是另另一个语语音信号号中非常常有用的的特性，即即在语音音相连的的抽样值值之间存存在很大大的相关关性。这这就表明明了，对对每一个个语音抽抽样，有有很大的的成分可可以从以以前的抽抽样值中中预测，而而且仅有有很小的的随机误误差。所所有的差差分编码码及预测测编码的的技术都都是以研研究该特特性为基基础的。自相关函函数(AACF)是信号号抽样值值之间的的作为抽抽样时间间间隔函函数相似似性的定定量测试试。该函函数的表表达式如如式（112）所所示：（12）其中表示示第k个个语音抽抽样。自自相关函函数按照照语音信信号的方方差归一一化，这这样，它它的值在在-11,1范围内内，且。典典型的信信号存在在一个连连续抽样样值的相相关性，为0.85到0.9之间。1.1.3 功率谱谱密度函函数（PPSD）语音功率率谱密度度的非平平坦特性性，能够够用来在在频域内内明显低低压缩语语音编码码。PSSD非平平坦特性性基本上上是非零零自相关关特性在在频域中中的典型型表现。典典型语音音的长期期平均PPSD表表明高频频部分对对整个语语音能量量作用很很小。这这说明在在不同的的频域上上分别编编码，可可以产生生明显的的编码增增益。虽虽然高频频部分对对能量作作用不显显著，但但它也携携带了语语音信息息，这样样也需要要在编码码中充分分表现出出来。利用频谱谱平坦检检测（SSFM）研研究语音音频谱的的非均匀匀特性方方法，可可以得到到理论上上最大的的编码增增益的定定量分析析。SFFM被定定义为PPSD在在频域轴轴上均匀匀间隔抽抽样点的的算术平平均与几几何平均均的比值值。数学学表达式式为如式式（13）所所示： （113）其中是语语音信号号PSDD在频域域轴上第第k个抽抽样值。语语音信号号的长期期SFMM的典型型值为88，而短短期值在在25500之之间。1.1.4 语音中中的清音音和浊音音根据发音音的机制制不同，语语言的声声音可分分为浊音音和清音音两大类类。浊音有称称为有声声音，英英语中的的元音和和汉语中中的韵母母都是浊浊音。当当气流通通过声门门时，如如果声带带振动并并产生一一个准周周期的空空气脉冲冲，这一一空气脉脉冲激励励声道，就就得到浊浊音。声声带振动动的频率率称为基基音频率率，周期期为基音音周期，基基音频率率一般在在703000Hz的的范围之之内，相相当于为为3115mss。基音音周期时时语音信信号的主主要特征征之一。清音又称称无声音音，英语语中的大大多数辅辅音和汉汉语拼音音中的大大多数声声母都是是清音。如如果声道道在某处处发生收收缩，同同时迫使使空气以以高速冲冲过这以以收缩部部分而产产生湍流流，就得得到清音音。发清清音时声声带不振振动，此此时是由由湍流建建立的宽宽带噪音音源激励励着声道道。清音音波形类类似于噪噪音。1.2 语音音编码的的基本概概念语音编码码技术通通常分为为三类：波形编编码、参参数编码码和混合合编码，其其中波形形编码和和参数编编码是两两类基本本类型。1.2.1 波形编编码波形编码码是将时时间域信信号直接接变换成成数字代代码，其其目的是是尽可能能精确地地再现原原来的话话音波形形。波形形编码的的基本原原理是在在时间轴轴上对模模拟信号号按奈奎奎斯特定定律所确确定的速速率进行行抽样，然然后将幅幅度样本本分层量量化，并并用二进进制代码码表示。在在量化过过程中，充充分利用用语音信信号幅度度的非均均匀概率率分布、连连续语音音抽样信信号之间间的非零零相关性性、语音音频谱的的非平坦坦等特性性，提高高了量化化效率，改改善了量量化性能能。解码码是其反反过程，将将收到的的数字序序列经过过解码和和滤波恢恢复成模模拟信号号。对于于比特速速率较高高的编码码信号（例例如从116kbbit/s到664kbbit/s），波波形编码码技术能能够提供供相当好好的话音音质量。但但对于低低速率语语音编码码信号（即即是比特特率低于于16kkbitt/s），波波形编码码的话音音质量显显著下降降。脉冲冲编码调调制（PPCM）和和增量调调制（）以以及它们们的各种种改进型型都属于于波形编编码技术术。1.2.2 参数编编码参数编码码，又称称为声源源编码或或声码器器，有时时又称为为分析综合编编码，它它是将信信源信号号在频率率域或其其他正交交变换域域提取特特征参数数，并将将其变换换成二进进制数字字代码进进行传输输。这些些参数主主要包括括基音周周期、共共振峰频频率、语语音强度度、浊音音清音音判决。解解码实为为反过程程，将接接收到的的数字信信号经变变换恢复复特征参参数，根根据这些些特征参参数重建建语音信信号。具具体来说说，参数数编码是是以发音音机制的的模型作作为基础础，用一一套模拟拟声带频频谱特性性的滤波波器系数数和若干干声源参参数来描描述这个个模型。在在发送端端从模拟拟信号中中提取各各个特征征参数并并进行量量化编码码。在接接收端，根根据接收收到的数数字信号号经变换换恢复的的滤波器器系数和和声源参参数重建建语音信信号。参参数编码码通过对对语音信信号特征征参数的的提取和和编码，力力求使重重建语音音信号具具有尽可可能高的的可懂度度，即保保持原语语音信号号的语意意，但重重建语音音信号的的波形与与原语音音信号波波形却相相差甚远远。这种种编码技技术可实实现低速速率语音音编码，比比特速率率可低至至2.44kbiit/ss以下，但但语音质质量中等等，自然然度较低低，即使使是熟人人一般也也听不出出讲话人人是谁。线线性预测测编码（LLPC）及及其各种种改进型型都属于于参数编编码。基于上述述两种编编码技术术，可对对现有的的语音编编码器作作如图11-1的的分类。图111 语音音编码器器的分类类1.2.3 混合编编码混合编码码是近二二十年提提出的一一种新的的语音编编码技术术，它将将波形编编码和参参数编码码结合起起来，既既保持了了波形编编码的高高质量和和参数编编码的低低速率的的优点，又又克服了了两者各各自的不不足。混混合编码码数字语语音信号号中既包包括若干干语音特特征参数数又包括括部分波波形编码码信息，其其可将比比特速率率压缩到到4116kbbit/s，在在8116kbbit/s范围围内能达达到良好好的话音音质量。混混合编码码技术在在现代通通信系统统中得到到广泛应应用。多多脉冲激激励线性性预测（MMPE-LPTT）编码码、规则则脉冲激激励线性性预测（RRPE-LPTT）编码码和码激激励线性性预测（CCELPP）编码码等，都都属于混混合编码码。混合合编码技技术仍然然处于迅迅速发展展之中，目目前仍有有许多新新的编码码算法不不断出现现。1.2.4 信息压压缩技术术要实现低低速、高质量量的语音音编码，必必须采用用信息压压缩技术术。一般般说来，信信息压缩缩技术可可分为两两大类：波形处处理技术术和量化化技术。波波形处理理技术的的目标是是削减语语音波形形的冗余余度，包包括线形形预测分分析，频频带分割割、正交变变换和分分析合成成等。量量化技术术的目标标是在幅幅度量化化上实现现优化，包包括自适适应量化化，自适适应比特特分配和和矢量量量化。典典型的语语音编码码方式和和信息压压缩技术术的关系系见图112。图1-22 语音音编码方方式和信信息压缩缩技术1.2.5 语音质质量的评评价在语音编编码技术术中，对对语音质质量的评评价是一一个重要要的问题题。语音音质量的的高低的的直接感感受者是是听者的的主观感感觉，所所以要客客观地对对语语音音质量进进行测量量是一个个长期存存在的难难题。目目前，广广泛采用用的评定定方法是是所谓的的主观评评定等级级（Suubjeectiive Opiinioon SScalle）,也称为为平均得得分（MMeann Oppiniion Scoore,MOSS）。其其方法是是，由数数十名试试听者在在不同信信道环境境中试听听并给予予评分，然然后对评评分进行行统计处处理，求求出平均均得分，分分数等级级采用五五级分制制。需要要指出的的是，听听者对语语音质量量的主观观感觉往往往是其其注意力力集中的的程度相相联系的的，因而而，对应应于主观观评价等等级，还还有一个个收听注注意力等等级（LListteniing Efffortt Sccalee）。表表1-33给出了了主观评评定等级级制的质质量等级级、分数和和相应的的收听注注意力等等级。表1-33 主观观评定等等级MOS判判分质量级别别收听注意意力等级级5优可完全松松弛，不不需要注注意力4良需要注意意，但不不需要明明显集中中精力3满意需要中等等程度注注意力2差需要集中中注意力力1劣即使努力力去听，也也很难懂懂实际上，任任何语音音编码都都必须满满足质量量等级和和收听注注意力等等级两者者的最小小要求，而而在评价价一种编编码时，可可仅基于于质量等等级。从用户角角度看，通通常认为为语音质质量得分分在4分分和4分分以上者者为高质质量语音音编码，达达到长途途电话网网的质量量要求，也也常称之之为网络络质量。得分在33.5分分左右称称为达到到通信质质量的语语音编码码，这时时听者能能感到重重建话音音质量有有所下降降，但不不影响正正常通话话，可以以满足多多数话音音通信系系统的使使用要求求。 得分分在不超超过3分分者称为为合成质质量的语语音编码码，系指指一些声声码器合合成的语语音所能能达到的的质量。这这种语音音一般具具有足够够高的可可懂度，但但自然度度较差，不不容易识识别出讲讲话者。1.3 语音音编码技技术的进进展与现现状语音编码码技术首首先应用用于有线线通信和和保密通通信，其其中最成成熟的实实用数字字语音系系统是664kbbit/s的PPCM。这这是一种种典型的的波形编编码技术术，主要要用于有有线电话话网，它它的话音音质量好好，可以以与模拟拟语音相相比，达达到网络络质量。另另一类型型的波形形编码是是增量调调制（DDeltta MModuulattionn），较较简单且且能抗误误码。当当速率从从32kkbitt/s至至40kkbitt/s时时，语音音质量较较好。当当速率是是8kbbit/s至116kbbit/s时，语语音质量量较差。还还有一种种实用系系统是22.4kkbitt/s的的声码器器，这是是典型的的参量编编码技术术，优点点是速率率低。主主要应用用于军方方的保密密通信，语语音质量量仅能达达到合成成质量，且且对背景景噪声敏敏感。在数字通通信发展展的推动动下，语语音编码码技术的的研究进进展迅速速，提出出了众多多适合于于数字移移动通信信的编码码技术。研研究的方方向主要要有两个个：一是是降低语语音编码码的速率率，这主主要是针针对语音音质量好好但速率率高的波波形编码码，特别别是644kbiit/ss的PCCM。二二是提高高语音编编码质量量，这主主要是针针对速率率低但语语音质量量较差的的参数编编码，特特别是对对2.44kbiit/ss的声码码器。波形编码码的改进进主要有有自适应应差分PPCM(ADPPCM)(目前前中国电电信的小小灵通系系统的语语音编码码技术就就是322kbiit/ssADPPCM)、子带带编码（SBC）、自适应变换域编码（ATC）、时域谐波压扩（TDHS）等。这些编码的速率从9.6kbit/s至32kbit/s，语音质量也较好。这些技术大都利用数字信号处理技术提取某些语音特征参量来传输，以达到压缩速率的目的。所以，它们已不是单纯的波形编码，而属于混合编码。参数编码码的一项项突出进进展是提提出了矢矢量量化化编码技技术，可可进一步步压缩速速率。为为改进参参数编码码语音质质量，提提出多脉脉冲激励励线性预预测编码码（MPPE-LLPC）、规规则脉冲冲激励线线性预测测编码（RRPE-LPCC）（GGSM系系统的语语音编码码技术）等等。它们们的速率率从4.8kbbit/s至116kbbit/s，语语音质量量可达到到中等。这这些编码码方式已已不再属属于单纯纯的参数数编码。属属于混合合编码。其其中，在在CDMMA系统统中使用用的码本本激励线线性预测测编码（CCELPP）也是是近年来来提出的的较好的的编码技技术。按速率不不同可将将语音编编码器分分成两大大类：一一类是所所谓的低低速率编编码器，速速率低于于4.88kbiit/ss。另一一类是所所谓中速速率编码码器，速速率从44.8kkbitt/s至至32kkbitt/s在语音编编码技术术的发展展中，特特别要提提及的是是数字信信号处理理器（DDSP）的的出现和和应用。实实际上，很很多编码码算法在在理论上上较早就就提出来来了，由由于硬件件方面上上的困难难，没能能应用到到实用系系统中。DDSP的的出现改改变了这这种状况况，许多多复杂算算法的实实现已成成为可能能。目前前，许多多低速高高音质编编码器都都是用DDSP实实现的。图1-44 语音音质量与与比特率率关系将各种编编码技术术的语音音质量与与比特速速率的关关系都画画在一张张图中，可可显示语语音编码码技术的的概貌，见见图14。图图的横坐坐标为比比特速率率，纵坐坐标为语语音质量量的主观观评定分分数。图图中用实实线给出出了PCCM、AADPCCM，线线性预测测编码LLPC声声码器以以及混合合编码器器的质量量速率率曲线。虚虚线给出出了研究究目标。可可以看出出，目前前语音编编码的研研究目标标是在44kbiit/ss至166kbiit/ss的速率率范围内内达到较较高的语语音质量量（MOOS分为为4.00）。如如图14可知知，目前前研制的的混合编编码最接接近于研研究目标标。此外，近近年来在在数字声声广播、消消费电子子技术以以及电话话会议迅迅速发展展的推动动下，语语音编码码也在朝朝着宽频频带高音音质声频频编码的的方向发发展。这这是语音音编码技技术目前前一个很很重要的的发展动动向，受受到人们们的广泛泛关注。第二章 移动通通信特点点对语音音编码技技术的要要求2.1 无线线通信信信道的条条件在数字移移动通信信中，由由于无线线信道的的信道特特点，会会对所传传输的数数字信号号带来各各种影响响，造成成通信的的准确性性下降。下下面主要要讨论无无线信道道的某些些特点，从从而总结结最适合合于无线线信道传传输的语语音编码码技术的的特点，提提高数字字移动通通信的准准确性。2.1.1 频率资资源有限限在移动通通信系统统中，信信道带宽宽是很珍珍贵的，如如何在有有限的可可分配的的信道带带宽内容容纳更多多的用户户，成为为移动业业务提供供商所面面临的问问题。低低比特率率语音编编码提供供了解决决该问题题的一种种方法。在在编码器器能够传传送高质质量语音音的前提提下，如如果比特特率越低低，那么么在一定定的信道道带宽内内能容纳纳更多的的语音信信道。2.1.2 无线信信道的衰衰落1慢衰衰落损耗耗：它是是由于在在电波的的传播路路径上受受到建筑筑物及山山丘等的的阻挡所所产生的的阴影效效应而产产生的损损耗。它它反映了了中等范范围内数数百波长长量级接接收电平平的均值值变化而而产生的的损耗，一一般遵从从对数正正态分布布，其变变化率较较慢故称称为慢衰衰落。2快衰衰落损耗耗：它主主要是由由于多径径传播而而产生的的衰落，它它反映了了微观小小范围内内数十波波长量级级接收电电平的均均值变化化而产生生的损耗耗，一般般遵从RReylleiggh(瑞瑞利分布布)或RRiciian(莱斯)分布，其其变化率率比慢衰衰落快，故故称它为为快衰落落，其中中它又可可分为以以下三类类：空间间选择性性衰落、频频率选择择性衰落落与时间间选择性性衰落。所所谓选择择性是指指在不同同的空间间，不同同的频率率和不同同的时间间其衰落落特性是是不一样样的。慢衰落损损耗，尤尤其是快快衰落损损耗会引引起较高高的信道道误比特特率，因因此编码码算法应应有较好好的抗误误码能力力。2.1.3 编码技技术特点点 另外从从用户的的辨别和和舒适角角度出发发，还应应该有较较好的语语音质量量和较短短的迟延延。归纳纳起来，无无线通信信对数字字语音编编码技术术的要求求如下：1速率率较低，纯纯编码速速率要低低于166kbiit/ss；2在一一定的编编码速率率下语音音质量应应尽可能能高；3编解解码时延延应较短短，控制制在几十十毫秒之之内；4在强强噪声环环境中，算算法应具具有较高高的抗误误码性能能，以保保持较好好的话音音质量。5算法法复杂程程序适中中，应易易于大规规模电路路集成。2.2 激励励源与混混合编码码从上节所所述可知知：波形形编码速速率太高高，而参参数编码码能够实实现低速速率编码码，但语语音质量量较差，都都不适合合在数字字移动通通信中选选用。那那么就有有一种想想法：能能不能吸吸收波形形编码语语音质量量好和参参数编码码低速率率编码这这两个优优点，提提出一种种新的语语音编码码技术。其其中一种种思路是是改善参参数编码码的语音音质量。参数编码码语音质质量较差差的原因因是其激激励函数数比较粗粗糙，仅仅采用清清音和浊浊音这种种简单的的激励模模型，而而实际语语音是比比较复杂杂的，这这样就失失去了许许多的信信息。针针对这个个问题，许许多研究究者提出出了各种种改善音音质的方方法。这这些方法法不尽相相同，但但主要思思路是一一致的：即构成成更精确确的激励励模型，作作为语音音合成器器的激励励源。很很显然，激激励源可可以从语语音波形形信号本本身来提提取，这这就构成成了声激激励声码码器。这种系统统包括了了两种不不同的传传输途径径。一条条路径产产生通常常的线性性预测参参数（线线性滤波波器系数数和增益益等）并并传送出出去。另另一条路路径滤出出波形信信号的低低频部分分，并进进行通常常的波形形编码传传送出去去。在接接收端的的语音合合成器中中，接收收到的低低频语音音信号经经过适当当组合以以及平滑滑处理后后作为激激励信号号输入到到数字滤滤波器中中恢复语语音，而而数字滤滤波器由由接收到到的预测测参数所所确定。语音信号号的低频频部分包包括所有有有关激激励源的的必要信信息。也也就是说说，在浊浊音段，它它是周期期信号，在在清音段段，它近近似噪音音。因此此用这种种方法产产生激励励信号就就不需要要进行浊浊/清音音判决和和基音周周期提取取。当然然，这种种方法的的代价是是为了精精确地描描述信号号的低频频部分，必必须在信信道中传传送更多多的信息息，因而而其码元元速率比比一般的的LPCC声码器器要高，通通常在44kbiit/ss以上，已已属中等等速率编编码。由于改善善了激励励信号，使使之含有有更多的的语音信信息，所所以声激激励声码码器的语语音质量量改善了了许多，并并且对于于不同的的说话者者和传输输条件，语语音质量量更加一一致。可以看出出，这种种改进的的参数编编码，不不但对语语音信号号的特征征参数进进行编码码，而且且对原信信号的部部分波形形进行编编码。也也就是说说，它属属于混合合编码。由由于混合合编码吸吸收了波波形编码码和参量量编码两两者的优优点，在在编码信信号速率率和语音音质量两两方面都都比较好好。数字蜂窝窝移动系系统中实实用语音音编码技技术均采采用混合合编码。采采用的激激励源不不同，就就构成不不同的编编码技术术。GSSM系统统中的RRPE-LTPP编码技技术采用用规则脉脉冲作激激励源，而而CDMMA系统统中使用用的QCCELPP编码技技术采用用码本激激励的方方法。第三章 GSMM系统中中的语音音编码技技术3.1 RPPE-LLTP概概述RPE-LTPP是规则则脉冲激激励长时时预测的的缩写，是是欧洲移移动通信信特别小小组（GGSM）在在多种技技术中经经过试验验、比较较，最后后选定的的语音编编码技术术，并作作为GSSM标准准予以公公布。目目前它用用于泛欧欧蜂窝移移动通信信系统。它它的纯编编码速率率为133kbiit/ss，MOOS得分分为4.0。RPE-LTPP采用间间隔相等等、相位位和幅度度优化的的规则脉脉冲作为为激励信信号源，以以便使合合成波形形接近于于原信号号。这种种编码技技术由于于又使用用了长时时预测，进进一步消消除信号号冗余度度，使编编码速率率降低。同同时，其其算法简简单，计计算量适适中，易易于硬件件实现。GSM系系统中的的语音信信号处理理是分段段进行的的。发送送端首先先进行语语音检测测，将每每个时间间段分为为有声段段和无声声段。在在有声段段，进行行语音编编码，产产生编码码语音帧帧；在无无声段，对对背景噪噪声进行行估计，产产生静寂寂描述帧帧（SIID帧）。发发射机采采用不连连续发射射的方式式工作，即即仅在包包含语音音帧的时时间段内内才打开开发射机机。SIID帧是是在语音音段结束束时发射射的，接接收机根根据收到到的SIID帧中中的信号号在无声声段时间间内插入入舒适噪噪声。语音编码码器的输输入信号号为速率率80000样本本/秒的的语音信信号抽样样序列。编编码处理理是按帧帧进行的的，每帧帧20mms，含含1600个语音音样本，编编码后为为2600bitt的编码码块。3.2 RPPE-LLTP编编码器RPE-LTPP编码器器包括预预处理、线线性预测测分析、短短时分析析滤波、长长时预测测及规则则激励码码编码等等五部分分，每部部分中又又包括若若干处理理过程。图图3-11给出了了编码器器的原理理框图。图3-11 GSSM系统统的RPPE-LLTP编编码器原原理框图图各部分的的功能介介绍如下下：（1） 预处理部部分语音信号号进行编编码前先先要经过过预处理理，以消消除信号号中的直直流分量量并进行行高频分分量预加加重。预预处理的的目的是是为了更更好地进进行LPPC分析析。这部部分包括括了两个个子处理理块：偏偏移补偿偿和预加加重。1偏移移补偿输入信号号通过一一个陷波波滤波器器进行偏偏移补偿偿，得到到无偏移移信号。2预加加重信号经过过一阶FFIR滤滤波器进进行预加加重，得得到信号号再进行行分析处处理。（2） LPC分分析部分分预处理之之后的信信号送入入LPCC分析部部分，以以便进行行线性预预测分析析参数的的提取。这这部分包包括五个个子处理理器：分分帧、自自相关、SSchuur递归归、反射射系数映映射至对对数面积积比变换换以及对对数面积积比的量量化编码码。1分帧帧语音信号号被分割割为不交交叠的帧帧来进行行处理。每每帧长度度为，含含有1660个样样本。然然后，按按帧进行行8阶LLPC分分析。2自相相关编码器采采用自相相关法求求解LPPC参数数，由信信号求出出自相关关值。3Scchurr递归采用Scchurr递归法法求解线线性方程程组，从从而由自自相关值值求出反反射系数数。在这这里，反反射系数数就是线线性滤波波器的参参数。4反射射系数至至对数面面积比的的映射研究表明明，反射射系数是是一组稳稳定的参参数，有有，但其其分布极极不均匀匀。为了了按合理理的方式式配置固固定的量量化比特特，对其其进行变变换，变变换后的的参数称称为对数数面积比比。对数数面积比比具有相相当均匀匀的幅度度分布，而而且参数数之间的的相关性性很小，这这对于数数字传输输十分有有利。当当采用这这组参数数时，每每个对数数面积比比只需要要5至66bitt，即可可保证一一定的语语音质量量。5LAAR量化化与编码码每个对数数面积比比参数具具有不同同的动态态范围与与分布密密度，因因而在量量化时取取值范围围也是不不相同的的。表示示量化和和整数编编码后的的值。作作为参数数发送给给解码器器，同时时又送给给下一部部分，作作短时分分析滤波波用。（3）短短时分析析滤波语音信号号的当前前帧样本本一直保保存再存存储器中中直到完完成LPPC参数数的计算算。然后后这些样样本被读读出并送送到八阶阶短时分分析滤波波器中。滤滤波器系系数是前前一阶段段LPCC分析所所得到的的经过解解码、插插值及反反变换求求出来的的。滤波波结果是是1600个样本本的短时时残差信信号。1量化化对数面面积比的的解码这一模块块就是将将已量化化编码的的对数面面积比参参数解码码还原成成抽样值值。2对数数面积比比插值为了使处处理后语语音信号号各帧之之间能够够平滑地地衔接，需需要对恢恢复后的的预测参参数进行行线性插插值，这这涉及到到相邻两两帧的参参数。经经过插值值处理后后参数为为。3对数数面积比比至反射射系数的的映射将经反变变换后可可以确定定反射系系数。 （4）长长时预测测一般来说说，经过过短时预预测就可可以了。但但是，在在RPEE-LTTP技术术中，又又进行一一次长时时预测，短短时分析析滤波器器输出的的短时残残差信号号再这里里作长期期预测（LLPT）处处理，进进一步去去除冗余余度，达达到最优优化，降降低编码码速率。在在这里，处处理是按按子帧进进行的，每每个帧分分为四个个子帧，每每个子帧帧含400个样本本。在每每个子帧帧中对长长时分析析滤波器器的参数数LTPP滞后和和LTPP增益进进行估值值和更新新