自適應多速率語音編碼

由於傳輸環境的劇烈變化，移動通信系統很難總是工作在最佳的信源和信道編碼速率。例如，在傳統的GSM 系統中，信源和信道編碼速率是固定的（全速率FR為13kbit/s，半速率HR為5.6kbit/s，增強型全速率EFR為12.2kbit/s），與信道質量無關。在壞的信道條件下，信道編碼的冗餘比特數不足以糾正傳輸錯誤，這時，應該增加信道編碼中的冗餘比特數而減少信源編碼的比特數來提高語音的質量。

因此，UMTS系統（WCDMA和TD-SCDMA）的語音編碼優選採用自適應多速率（Adaptive Multi-rate）語音編碼器，其基本思路是聯合調整信源和信道編碼模式來適應當前的信道條件與業務量大小，即實際的語音編碼速率取決於信道條件，是信道質量的函式，AMR編碼器採用自適應算法選擇最佳的語音編碼速率。

基本介紹

• 中文名：自適應多速率語音編碼
• 外文名：Adaptive Multi Rate
• 英文簡稱：AMR
• 實質：語音壓縮編碼

簡稱AMR（Adaptive Multi Rate），是由3GPP制定的套用於第三代移動通信W-CDMA系統中的語音壓縮編碼，更加智慧型地解決了信源和信道編碼的速率分配問題,使得無限資源的配置和利用更加靈活和高效。AMR支持八種速率:12.2kb/s、10.2kb/s、7.95kb/s、7.40kb/s、6.70kb/s、5.90kb/s、5.15kb/s和4.75kb/s,，此外,它還包括低速率(1.80kb/s)的背景噪聲編碼模式。

簡介

與GSM系統中傳統的FR、HR和EFR語音編碼速率固定不同，AMR提供的是編碼速率集。開啟AMR功能後，可根據無線環境質量調整語音編碼速率：在無線環境較好時，傳輸誤碼率低，提高語音編碼速率（將較多字元用於語音編碼），獲取優質語音；在無線環境較差時，傳輸誤碼率高，降低語音編碼速率，就能分配給信道編碼更多的比特數來實現糾錯，實現更可靠的差錯控制，提高語音質量。

AMR語音編碼器可以對語音信號進行八種速率編解碼，它是基於代數碼激勵線性預測(ACELP)的編碼模式，編碼器輸入為8KHz採樣，16比特量化的線性PCM編碼，編碼操作以20ms語音為一幀，即160個樣點。傳送端編碼器提取ACELP模型參數(線性預測係數、自適應和固定碼本索引及增益)進行傳輸,接收端解碼器再根據這些參數構成的激勵信號合成出重建的語音信號。下面將詳細介紹AMR語音編解碼原理。

編碼原理

AMR語音編碼採用的方案是代數碼本激勵線性預測(ACELP)技術,它是基於碼本激勵線性預測

AMR編碼原理框圖

(CELP)的技術，AMR語音編碼根據其實現功能大致可以分為LPC分析!基音搜尋!代數碼本搜尋三大部分"其中LPC分析完成的主要功能是獲得10階LPC濾波器的10個係數,並將它們轉化為線譜對參數LSF,以及對LSF進行量化;基音搜尋包括了開環基音分析和閉環基音分析兩部分,以獲得基音延遲和基音增益這兩個參數:代數碼本搜尋則是為了獲得代數碼本索引和代數碼本增益,還包括了對碼本增益的量化。AMR編碼器的信號流程如右圖
AMR語音編碼器的功能包括九大部分:預處理、線性預測分析和量化、開環基音分析、脈衝回響的計算、目標回響的計算、自適應碼本搜尋和增益控制、代數碼本的結構和搜尋、自適應碼本增益和固定碼本增益的量化、修改存儲器。

解碼原理

解碼器的功能包括參數解碼(LP係數自適應碼本矢量、自適應碼本增益、固定碼本增

AMR解碼原理框圖

益)和語音合成以得到重構語音，重構語音還要通過後置濾波器並進行比例放大。AMR解碼器的信號流程如右圖

所用關鍵技術

AMR理論上仍屬於碼激勵線性預測(CELP，Code Excited Linear Prediction)編碼的變速率語音壓縮編碼,在"變"上有了新的研究,也由此引入了相關的先進技術。這些相關技術主要包括:用來檢測語音通信時是否有話音存在的話音激活檢測(VAD,Voice Activity Detector)技術\為突出"變"字而進行速率判決(RDA,RateDecisionAlgorithm)的自適應技術、為避免語音幀丟失後帶來負面效應的差錯隱藏(ECU,Error Concealment Units)技術、為克服背景噪聲不連續的舒適背景噪聲(CNA,Comfort Noise Aspects)生成技術等。套用了這些技術的變速率語音編碼的語音合成效果幾乎沒有降低。