12,按照每个系数量化为11bit计算,需要12×ll=132 bit,另外音调周期量化为6bit,增益量化为5bit,清浊音判决为1bit,则每个语音帧(20ms)共需要132+6+5+1=144bit,它相当于7.2Kbps。显然,直接编码速率偏高,而且对于系数变化十分敏感,很容易造成系统不稳定。为了降低LPC的码率,提高稳定性 往往采用下列办法。
(1)采用一类反射系数格型算法,用对数面积比系数代替直接预测系数,可以进一步降低传送的数据比特率。GSM中采用这一方法可将每样值比特数从11bit压缩至3~6bit。
(2)采用矢量量化技术,即不采用通常逐个样点值进行量化,而是采用多个样值联合量化的矢量量化方法。将它引入到参量量化的传输中,可以将每个样值比特数从11bit压缩到1bit以下,从而可以大大压缩参量传送速率,它已在IS-96 QCELP及第三代移动通信的语音编码中广泛使用。 3.混合编码的基本原理
混合编码是介于波形编码与参量编码之间的一种编码方法,兼有参量编码低速率与波形编码高质量的优点。由前面理论分析可以看出:波形编码的速率下限大致在16Kbps,质量得分MOS在4.1~4.5;参量编码的速率上限大致在4Kbps,质量得分MOS则低于3.5分;混合编码的速率范围大致在4~16Kbps,质量得分MOS基本维持在4分以上。
实现混合编码的基本思想是以参量编码原理,特别是以LPC原理为基础,保留参量编码低速率的优点,并适当地吸收波形编码中能部分反映波形个性特征的因素,重点改善自然度性能。
前面已指出,决定混合编码性能的主要参量有4个:数据比特率、语音质量、复杂度与时延。随着技术的不断进步,可以通过增大硬件复杂度,改进算法并减小软件实现复杂度,在此基础上换取一定语音质量与时延指标要求下的数据比特率的降低。 改进LPC主要从3个方面人手:①改进语音生成物理模型、激励源结构和合成滤波
器结构,提高语音质量;②改进参量量化和传输方法,进一步压缩传输速率;③采用自适应技术,进一步解决系统与信源和信道之间的统计匹配。
首先讨论语音生成物理模型、激励源及合成滤波器结构的改善,这方面已有很多有效方案,大致可归结为下面3个方案。 (1)余数激励声码器(REPLC)方案。该方案将语音基带低频信号中的一小部分(称为余数信号)按取样率量化后送至接收端,以改善语音自然度。
(2)多脉冲激励LPC方案。人们对语音深入分析发现,采用清浊二元模型过于简单,因为实际上有相当部分的语音是介于二者之间的混合型,另外,浊音激励仅采用单个脉冲源也过于简单化。为了改进上述特性,人们提出了多脉冲激励线性预测编码(MPLPC)方案和规则脉冲激励长期预测编码(RPBLTP)方案,后者就是GSM中采用的语音编码方案,将在后面进一步介绍。
(3)码激励线性预测编码(CELPC)方案。CELPC中应用了矢量量化技术,它是IS-95
与第三代移动通信的CDMA2000与WCDMA语音编码的基础。
改进LPC性能的第2个主要措施是进一步减少和压缩参量量化后的信息速率。主要采用矢量量化、变换与优化等技术。这方面内容前面已做了初步介绍。
改进LPC性能的第3个主要措施是采用自适应技术,它主要包含两方面含义。 (1)信源特性参量的自适应,如预测系数{ai}自适应范围大致在30~400次/秒;音调基音周期P的自适应和增益G的自适应范围大致在100~200次/秒。
(2)与信道特性匹配的传输速率自适应,它在IS.95与第三代CDMA2000与WCDMA中均采用。
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4.2移动通信中的语音编码
本节将结合第二代(2G)的GSM与IS-95系
统及第三代(3G)的WCDMA和CDMA2000等不同系统所采用的语音编码具体方案,着重从原理上来阐述移动通信中的语音编码。 ? GSM系统:RPE-LTP声码器;主要特性=? ? IS-96系统:TIA/EIA IS-96,即QCELP声码器 [Qualcomm公司提出的用于IS-96系统的语音编码标准] 。该方案是可变速率的混合编码器,是基于线性预测编码的改进型——码激励线性预测,即采用码激励的矢量码表替代简单的浊音的准周期脉冲产生器。QEELP采用可变速率编码,利用语音激活检测(VAD)技术。在语音激活期内,可根据不同的信噪比分别选择4种速率:8Kbps,4Kbps,2Kbps和1Kbps,并称它们为全速率(1)、半速率(1/2)、四分之一速率(1/4)、八分之一速率(1/8)。采用可变速率,可以使平均速率下降两倍以上。QCELP中的参量分为3类:矢量码表参量、音调参量与线性预测系数参量,需要每帧更新。[编码中速率自动可变,总体速率下降,=?] ? TD-SCDMA系统:=?