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发表于 2010-12-15 15:09:57
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无线语音传输小论
在无线通信中，我们经常受到多方面的限制。比如：无线传输中带宽的限制及距离方面的要求。特别是在无线语音传输中，为了满足带宽的限制及距离方面的要求，我们必须对语音的数据信息进行压缩，即对语音数据进行编码。
在进行语音信号处理之前，我们所要进行了的工作就是将模拟信号转化为数字信号。通常所用的方法——抽样：利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间的样值。抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。在这个过程中的依据就是抽样定理。抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。
接下来,我们来看一下语音编码器的种类.总体上来讲,它一共有三种分类:波形编解码器,源编解码器,混合编解码器.
波形编解码器提供了高质量的输出,而且实现很简单,问题在于它使用了大量的带宽,不是进行编码比较合适的选择.源编解码顺口溜试图使输入的信号符合于语音产生的数学模型.他们通常使用声道的线性预测过滤模型.用一个清浊音标志来代表使用的过滤器的激发信号.而声编解码器以低比特速率运行,但是试图形成合成的语音.使用较高的比特速率并不能提供任何的帮助.一般用于私人通信系统或是军事中.所以在编码语音的过程中,我们一般使用混合编解码器.
语音编码的带宽和实际所占用的带宽是不同的，语音编码的带宽是实际语音包的带宽。
国际电信联盟G系列典型语音压缩标准的参数比较
算法 类型 码率 (kbit/s) 算法延时(ms)
G.711 A-Law /μ-Law 64 0
G.722 SB-ADPCM 64/56/48 0
G.723.1 MP-MLQ/ACELP 6.3/5.3 37.5
G.726 ADPCM 16/24/32/40 0
G.727 Embedded ADPCM 16/24/32/40 0
G.728 LD-CELP 16 < 2
G.729 CS-ACELP 8 15
语音编码方式：
MOS(Mean Opinion Score)这个概念, 我们在传输语音的过程中, 因为带宽的限制问题理所当然的会把对语音数据进行有损的压缩.这样的话,语音的质量就会降低,但是通讯的压力会很小,相应的MOS的得分就会低一些.语音编码技术的目标就是在保持相对较少的信息量的情况下使MOS尽可能的高.
语音分为三种主要的类型:
1) 浊音. 空气从肺部向声道不断进行开合震动的声带所阻断的时候就产生了浊音,声带开合的速率决定了声音的音调.有明显的周期性,周期一般在2ms-20ms之间
2) 清音 当声门保持敞开的状态，通过声道的收缩来高速驱动空气产生的类似噪声的杂乱声音的时候就是清音,这样的声音基本上没有周期性。
3) 爆破音 声道完全闭合，空气压力闭合后增大，然后突然被释放而产生的。
下面着重介绍一下常用的两种语音编码方法：
自适应差分脉码调制(ADPCM)
ADPCM 主要是针对连续的波形数据的, 保存的是波形的变化情况, 以达到描述整个波形的目的.
一般情况下，ADPCM (ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation), 是一种针对 16bit (或者更高?) 声音波形数据的一种有损压缩算法, 它将声音流中每次采样的 16bit 数据以 4bit 存储, 所以压缩比 1:4.
但也有特殊的3BIT、4BIT和5BIT的ADPCM压缩语音编码，经过本公司的实验，12bit的采样，5BIT的编码效果也不错，基本可以满足人类的听觉要求。
标准ADPCM压缩基本原理：对当前数据与前一数据（前一数据为量化处理后的值）之差进行编码。用较少的bit量化出数据差，进而达到压缩的目的。
自适应差分脉码调制（ ADPCM ）是语音压缩编码中复杂度较低的一种方法，它能在
32kb/s 数码率上达到符合64kb/s 数码率的语音质量要求，也就是符合长途电话的质量要求。ADPCM 是在差分脉冲调制DPCM 基础上逐步发展起来的，ADPCM 的主要改进是量化器与预测器均采用自适应方式，即量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳或接近最佳参数状态。ADPCM 编解码系统的原理方框图如图14-2 所示。
连续可变斜率增量调制（CVSD）工作原理
增量调制（ΔM）是在PCM 方式的基础上发展起来的另一种模拟信号数字传输的方法，PCM是采用多位二进制代码形式去表示模拟信号的抽样值的大小，而增量调制只需用一位二进制码来表示相邻抽样值的相对大小。但是普通增量调制的量阶δ 在整个编码过程中是固定不变的，因此它会引起两类失真，一类是斜率过载失真，它是由于所用量阶δ 太小，跟不上波形中的斜率陡峭部分的变化速度而造成的；第二类为颗粒失真，是由于所用的量阶δ 太大，在波形中的斜率较小部分会产生。CVSD 就是为了解决这对矛盾提出来方法，它的量阶δ 随着输入语音信号平均斜率大小而连续变化，使其适应信源信号的短时特性，从而可以很好地跟踪输入信号。
当CVSD 工作于编码方式时，其系统框图如图1 所示。语音信号x(t) 经采样得到数字信号x(n) ，数字信号x(n)与积分器输出信号xp (n)比较后输出偏差信号d(n),偏差信号经量化后得到输出数字编码c(n)，该信号同时作为积分器输出斜率的极性控制信号和积分器输出斜率大小逻辑的输入信号。在每个时钟周期内，若语音信号大于积分器输出信号，则判决输出为1，积分器输出上升一个量阶δ ；若语音信号小于积分器输出信号，则判决输出为0，积分器输出下降一个量阶δ 。
当CVSD工作于译码方式时，其系统框图就是图1所示编码框图的反馈回路，除了在积分器后面接了一个低通滤波器。
CVSD 是自适应增量调制的一种,具有较强抗误码能力,而且擅长处理丢失和被损坏的语音采样,即使比特错误率达到4%，CVSD 编码的语音还是可懂的。
语音编码主要是通过合理的预测来降低传输的能量，这样就会有比较好的压缩效果。这两种算法比较起来CVSD算法的缩比较大，更适合于语音双向传输。
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发表于 2010-12-15 00:50:12
