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4.2.1 概述
语音编码为信源编码，其目的是为了把模拟语音转变为数字信号以便在信道中传输，语音编码技术在移动通信系统中与调制技术直接决定了系统的频谱利用率。在移动通信中，节省频谱是至关重要的，移动通信中对语音编码技术的研究目的是在保证一定的话音质量的前提下，尽可能地降低语音码的比特率。
语音编码技术通常分为三类：波形编码、参量编码和混合编码。
- 脉冲编码调制PCM和增量调制AM是波形编码的代表，波形编码直接对模拟语音取样、量化，并用代码表示。波形编码的比特率一般在16kbit/s至64kbit/s之间，它有较好的话音质量与成熟的技术实现方法。
- 参量编码又称声源编码，它是以发音机制的模型作为基础，用一套模拟声带频谱特性的滤波器系数和若干声源参数来描述这个模型，在发送端从模拟语音信号中提取各个特征参量并进行量化编码。这种编码的特点是语音编码速率较低，基本上在2kbit/s---4.8kbit/s之间，语音的可懂度较好，但有明显的失真。
- 混合编码是近年来提出的一类新的语音编码技术，它将波形编码和参量编码结合起来，力 图保持波形编码话音的高质量与参量编码话码的低速率。混合编码数字语音信号中既包括若 干语音特征参量又包括部分波形编码信息。其比特率一般在4kbit/s---16kbit/s。
那么，什么样的语音编码技术适用于无线移动通信呢? 这主要取决于无线移动信道的条件。由于频率资源十分有限，所以要求编码信号的速率较低，由于移动信道的传播条件恶劣，因而编码算法应有较好的抗误码能力。另外，从用户的角度出发，还应有较好的语音质量和较短的时延。归纳起来，移动通信对数字语音编码的要求如下：
- 速率较低，纯编码速率应低于16kbit/S；
- 在一定编码速率下音质应尽可能高；
- 编码时延应较短，控制在几十毫秒以内；
- 在强噪声环境中，算法应具有较好的抗误码性能，以保持较好的话音质量；
- 算法复杂程度适中，易于大规模集成。
GSM所用的语音编码是(RPE—LTP)，规则码激励长期预测编码就是一种混合编码技术，其纯码速率为13kbit/S，语音质量MOS得分可达4.0。
本节将介绍一种更新的语音编码技术一向量和激励线性预测编码VSELP(Vector Sum Excited Linear Prediction)，它是美国数字蜂窝所使用的语音编码技术，其纯码速率为4.8kbit/S，语音质量MOS得分可达3.5。
4.2.2 矢量和激励线性预测编码
矢量和激励线性预测编码(VSELP)属于通称为码激励线性预测(CELP)的编码类型(也称为矢量激励或随机激励)。VSELP语音编码器可以利用合理的计算复杂性达到最高的可能的语音质量，同时提供给信道误差韧性，这些目标对于远程通信应用中的公认的低数据率(4.8 - 8kpbs)语音编码至关重要。
VSELP语音编码器通过有效利用构造的激励码本达到上述目标，这种结构的激励码本降低了计算的复杂性并提高了对信道误差的韧性，两个VSELP激励码本便可以达到上述性能，同时也使用了可以达到高编码效率的新型增益量化器，并且具有对信道误差的韧性。新型的适应前/后置滤波器的设计提高了重建的语音质量。
本节针对8kbps和4.8kbps两个VSELP编码器的实例展开。
图4.5是VSELP语音的解码器的方框图。VSELP codec总共利用三个激励源，其一来自长项(节距)预测状态或适应性码本；其余的源来自VSELP激励码本之一或之二。
对于8kbps编码器采用两个VSELP码本，每个码本包含的信息量相当于128个矢量；而4.8kbps的编码器仅利用一个VSELP码本，包含相当于 2048个矢量的信息量。这两个或三个激励源与它们相应的增益相乘，并求和以出组合的激励序列ex(n)，处理完每一子帧后，ex(n)用于更新长项滤波器状态，合成滤波器是直接十阶全极点滤波器，LPC系数每20ms帧编码一次，通过内插(对8kbps系统)每5ms子帧更新一次，激励参数每子帧内也更新。
4.8kbps系统利用帧长为30ms，子帧长为7.5ms，子帧内一采样数分别为：8kpbs为40，4.8kpbs为60，采样率为8kHz。节距(pitch)前置滤波器和频谱后置滤波器用于提高重建的语音质量。
图4.5 VSELP语音解码器
表4.2和表4.3表示8kbps和4.8kbps的VSEIP编码器的字段分配。十个LPC系数利用反射系数的标量量化编码；表示每帧平均语音能量的 Sq也每帧编码一次；激励增益作矢量量化，对于8kbps系统为每子帧8bit(GS-P0-Pl代码)，而对于4.8kbps系数为7位(Gs-P。代码)。
表4.3 8kbps编码器的字段分配
| 参数 |
bit/5ms子帧 |
bit/20ms帧 |
| LPC参数 |
|
38 |
| 能量－Sq |
|
5 |
| 激励代码－I、H |
7+7 |
56 |
| 滞后－L |
7 |
28 |
| Gs-P0-P1代码 |
8 |
32 |
| 保留 |
|
1 |
| 总和 |
29 |
160 |
表4.4 4.8kbps编码器的字段分配
| 参数 |
bit/7.5ms子帧 |
bit/30ms帧 |
| LPC参数 |
|
38 |
| 能量－Sq |
|
5 |
| 激励代码－I |
11 |
44 |
| 滞后－L |
7 |
28 |
| Gs-P0代码 |
7 |
28 |
| 保留 |
|
1 |
| 总和 |
25 |
144 |
(参考链接: http://www.mc21st.com/TechArticle413.html)
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