现代通信新技术第二次课件

2023/3/161现代通信新技术2023/3/162第二章：信息处理技术基础

语音处理和交换语音数字化处理程控数字交换机语音的压缩处理通知：下周停课一次（顺延）2023/3/163音频信息主要是指由自然界中各种音源发出的可闻声和由计算机通过专门设备合成的语音或音乐。音频信号2023/3/165人的听觉特性人对声音强弱的感觉人对声音频率的感觉人类听觉的频响特性人类听觉的掩蔽效应音频信号2023/3/166普通电话业务普通电话业务是发明最早和应用最为普及的一种通信业务，它在基于电路交换原理的电话交换网络支持下，提供人们最基本的点到点语音（300-3400Hz）通信功能。根据通信距离和覆盖范围电话业务可分为市话业务、国内长途业务和国际长途业务。现在还可以为用户提供来电显示、三方通话、转移呼叫、会议电话、短消息收发等增值功能。还可以提供传真、互联网拨号接入等功能。智能网业务IP电话音频业务2023/3/167话音业务将成为标准化的廉价日用品

－2009年（？），所有技术（PSTN/VOIP/移动）所有距离的话音业务都将是标准价，不限时的包月制语音价格将是PSTN和VOIP的标准模式话音业务走向无线化

－2009年（？），75％的呼出分钟由移动发起（04年为20％）

－2009年（？），35％目前的消费类PSTN用户（4亿）将停止使用传统的固话，而只要靠移动或VOIP业务话音业务收入将继续下降－2009年（？），消费类PSTN业务收入将降低40％－2010年前，低成本话音将是3G的主要驱动力－2010年，3G话音价格将比主导的2G语音便宜50%话音业务的命运音频业务2023/3/169PCM过程包括：抽样、量化、编码语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：

1）采样——按一定间隔对语音信号进行采样

2）量化——对每个样本舍入到量化级别上

3）编码——对每个舍入后的样本进行编码脉冲编码调制(PCM)的原理模拟话音采样时钟PAM信号PCM信号抽样电路量化和编码

数字化声音2023/3/16103.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100原始信号PAM脉冲PCM脉冲（有量化误差）1001100

PCM输出脉冲编码调制(PCM)的原理2023/3/1611脉冲编码调制(PCM)基本原理奈奎斯特定理（采样定理）：如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。--话音信道带宽<4KHz--采样时钟频率：8KHz(>2倍话音最大频率)--量化级数：256级(8位二进制码表示)--数据率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信号的速率=64Kbps模拟话音采样时钟PAM信号PCM信号抽样电路量化和编码

数字化声音2023/3/1613A律：13折线u律：15折线*PCM－折线近似2023/3/1614*PCM－编码规则2023/3/1615A律(A-Law)压扩(G.711)主要用在欧洲和中国大陆等地区的数字电话通信中μ

律(μ-Law)压扩(G.711)主要用在北美和日本等地区的数字电话通信中。对于采样频率为8kHz，样本精度为13位、14位或者16位的输入信号，使用m律压扩编码或者使用A律压扩编码，经过PCM编码器之后每个样本的精度为8位，输出的数据率为64kb/s。这个数据就是CCITT推荐的G.711标准。*PCM－非均匀量化的应用2023/3/1617*A律PCM30/32基群帧结构速率：X×Y＝2048Kb/s＝2.048Mb/s2023/3/1618*PCM数字复接的应用2023/3/1619

制式等级μ律A律信息速率kb/s

路数信息速率kb/s

路数

基群1544242048(2M)30

二次群6312968448(8M)120

三次群32064或44736480或67034368(34M)480

四次群97728或2741761440或4032139264(140M)1920STM-1Rb=155520

kb/s（155.520Mb/s，通称155M）STM-4622080STM-162488320STM-649953280(简称10Gb/s)STM-25639813120(简称40Gb/s)

·STM-N为第N级同步传输模块

·基群，二次群，三次群，四次群属于准同步数字系列*PCM数字复接系列

著名的E1接口2023/3/1621

长途网

四级、二级本地网

汇接局 端局 支局 远端模块电话网结构C1C2C3C4C5长途网本地网2023/3/1622*电话网的编号计划国际长途字冠＋国家号码＋长途区号＋本地号码 00 8610622811732023/3/1623数字程控电话交换机的功能(1)能及时发现哪一个用户有呼叫请求；(2)要记录被叫用户的号码；(3)能判别被叫用户当前的使用状态；(4)若被叫用户空闲，则交换机应选择一条空闲链将主叫和被叫用户连通，使双方进入通话状态；(5)通话结束时，必须及时进行拆线释放处理；交换机的功能（通用）2023/3/16257．特服分机

呼叫特服分机(如火警，匪警)时，特服分机持续振铃，直到对方应答为止。8．三方会议

可实现三方用户同时通话，相互讨论9．公共缩位拨号

为保密或方便起见，把某些常用号码定义一个缩位码10．个人缩位拨号

普通分机可把经常使用的电话号码自编一个代码。11．恶意电话跟踪

当您确认某次呼叫怀有恶意时，可锁定该电话位置。12．跟我来（Followme）

凡打到设置了该功能的电话的呼叫，均转至定义的另一分机数字程控电话交换机的功能2023/3/162613．音乐保持（musiconhold）

在电话转接过程中，呼叫方听音乐。

14．热线（hotline）

摘机直接与某预定义的某分机通话。

15．经理秘书功能

a.通过通道码相互呼叫

b.呼叫转移，呼叫经理分机忙或缺席时，呼叫转到秘书分 机上。呼叫经理/秘书不应答，呼叫转至目的分机。

c.强插，当经理/秘书呼叫遇忙时，经理或秘书可拨强插代 码，插入对方通话。

d.自动回叫。

e.出入自由，经理/秘书可自由退出/返回经理/秘书组。数字程控电话交换机的功能2023/3/1629程控交换系统基本结构图2023/3/1630硬件功能结构2023/3/1631话路子系统-用户电路

用户电路：模拟话机与交换网络的接口电路功能：BORSCHT七项功能馈电

B(BatteryFeeding)过压保护

O(OverVoltageProtection)振铃

R(Ringing)监视

S(Supervision)编译码和滤波

C(CODEC&Filters)混合电路（二/四线转换）H(HybridCircuit)测试

T(Test)2023/3/1632话路子系统-用户电路2023/3/1633交换网络-时间接线器19193TS3TS192023/3/1634数字空分接线器(S接线器)2M间时隙交换012012012TS12TS8TS12TS808121272TS8TS8输入控制方式1TS12TS12202023/3/1635时分交换和空分交换综合应用中间时隙终端A终端或线路B2023/3/1636市话接续的信令传送流程挂机2023/3/1637移动台（MS）主叫:振铃摘机MSMSC/VLRBSS呼叫请求

呼叫请求确认连接业务通信连接确认信令连接建立PSTN连接请求呼叫信息分配命令分配完成回铃铃停开始记费连接HelloHello移动电话的信令传送流程2023/3/1638虚拟专用网800300神州行预付费PSTNISDNGSMCDMAInternetATM业务传输/交换与业务处理分开---集中提供业务业务生成与业务处理分开---快速提供业务上网呼叫等待移动智能网智能网呼叫控制与业务处理分离=智能网智能网2023/3/1639VoIP2023/3/1640电话网结构－NGN2023/3/1641内容语音数字化程控交换机*语音的压缩处理2023/3/1642数据量大，存储处理和传输难：

对CD音质的信号来讲，每秒要44100次的采样，每个样值是16比特的量化，而立体声CD音质信号，它每秒的码流是44.1K×16×2≈1.4Mbit/S。人耳对声音的生理感受不同：

１．人耳对各频率的灵敏度不同。在2K~4K频段，很低的电平就能被人耳听到，其他频段时，相对要高一点的电 平才能听到，这就是说在听觉阈值以下的电平可以去掉，相当于压缩了数据。 ２．频率之间的掩蔽效应，其实就是指人耳接收信号时，不同频率之间的相互干扰。当电平高的频率点和电平相对来说较低的不同频率点同时出现时，电平低的频率点的声音将听不到。 ３．第三个特点是指短暂掩蔽效应。指在一个强信号之前或之后的弱信号，也会被遮蔽掉。

压缩是对瞬间的频谱功率进行了重新分配，这就为音 频的数据压缩提供了依据。为什么要压缩

2023/3/1643幅度非均匀分布样本之间的相关性周期之间的相关性基音之间的相关性静止系数（话音间隙）长期相关性（longtermcorrelation）语音信号的冗余度“哥，咱妈在单位上班呢。”2023/3/1644话音压缩编码（SpeechCoding）话音识别（SpeechRecognition）文本话音转换（TextToSpeech）话音技术的研究热点2023/3/1645话音压缩的原理框图2023/3/1646语音编码器波形编码器参量编码器频域时域非差分子带编码自适应变换域编码差分PCMDPCMM连续可变斜率MADPCMAPC线性预测编码声码器信道声码器共振峰声码器倒频谱声码器语音激励声码器多脉冲激励LPC码本激励LPC矢量和激励LPC语音编码分类2023/3/1647波形编码：编码速率较高，16k~64k包括：PCM，ADPCM，M，CVSDM，APC等占用较高带宽，适合有线参量编码：基于人类语音的产生机理建立数学模型，根据输入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。编码速率较低，1.2~4.8kbps包括各种线形预测编码(LPC)方法和余弦声码器语音质量中等，不满足商用要求混合编码：波形编码+参量编码(LPAS)

(GSM和CDMA中使用）包括GSM的RPE-LPC编码和VSELP