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G.729性能特點(diǎn)
G.729 是8khit/s的LPAS聲碼器,線性預(yù)測(cè)采用前饋型前向自適應(yīng)技術(shù),并使用予視提高合成模型的精度。預(yù)測(cè)器系數(shù)根據(jù)當(dāng)前 幀和部分下一幀話音數(shù)據(jù)進(jìn)行更新,因此算法時(shí)延相對(duì) G. 728 較長(zhǎng)。其幀長(zhǎng)取為!Oms, 由2個(gè)子幀組成,予視5ms, 加上處理時(shí)間和傳輸時(shí)間,設(shè)計(jì)的單向系統(tǒng)時(shí)延為35ms。由于采用的是前饋型自適應(yīng)技術(shù),因此除了傳送激勵(lì)信號(hào)(包括波形和增益)外,還需傳送預(yù)測(cè)器系數(shù)。為『降低比特率,線性預(yù)測(cè)系數(shù)、激勵(lì)信號(hào)波形、激勵(lì)增益都采 用矢星屈化,并利用了多級(jí)量化和分割量化技術(shù)。激勵(lì)信號(hào)碼本則 采用高效的共輒結(jié)構(gòu)代數(shù)碼本,因此G.729編碼稱(chēng)為CS-ACELP。
ITU-T制訂G.729標(biāo)準(zhǔn)的主要應(yīng)用目標(biāo)是第一代數(shù)字蜂窩系統(tǒng),因?yàn)槿彰老到y(tǒng)均為8kbit/s左右,GSM系統(tǒng)為13khit/s。同時(shí)還想在已有的64、32、16khit/s標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上增加一個(gè)8kbit/s比特率編碼,以構(gòu)成4個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)系列。由于要應(yīng)用于移動(dòng)系統(tǒng),因此復(fù)雜度比G.728低,為中等復(fù)雜度算法,但是所需RAM容量比G.728多一半,原因是幀長(zhǎng)時(shí)間加大了。
為f進(jìn)一步降低復(fù)雜度,G.729標(biāo)準(zhǔn)又制訂了一個(gè)附件A,稱(chēng)之為G.729A,它的復(fù)雜度較G.729降低一半,主要原因是激勵(lì)碼本的搜索進(jìn)一步簡(jiǎn)化,同時(shí)后置濾波器也有簡(jiǎn)化。其代價(jià)是在某些操作 條件下性能稍有下降。G.729A的設(shè)計(jì)應(yīng)用是話音數(shù)據(jù)同傳數(shù)字系統(tǒng)(DSVD---Digital Simultaneous Voice Data團(tuán)),由于內(nèi)含的V.34Modem已有較大時(shí)延,因此要求話音編碼的復(fù)雜度不能太高。
G.729A與G.729比特流兼容,即DSVD編碼器分析所得的信號(hào)可由G.729解碼器重建,反之亦然。G.729A標(biāo)準(zhǔn)在IP網(wǎng)絡(luò)電話中得到了廣泛應(yīng)用。另外,最近的G.729附件還包含了靜音抑制處理。
話音質(zhì)量是一個(gè)比較復(fù)雜的性能,也難以用精確的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。表4.1從與G.726比較的角度給出了G.729的話音質(zhì)量指標(biāo)。
G.729編碼器
G.729編碼器如圖4.9所示。模擬話音信號(hào)經(jīng)話帶濾波器后,按8kHz頻率抽樣并轉(zhuǎn)換成16bit線性PCM信號(hào),這就是圖中編碼器的輸人話音信號(hào)。該信號(hào)首先經(jīng)預(yù)處理器,完成 2 個(gè)功能。一是信號(hào)定標(biāo),就是將信號(hào)幅度減半,以減小DSP定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時(shí)的數(shù)據(jù)上溢概率。二是高通濾波,阻止不希望的低頻分磯,采用2階極/零點(diǎn)濾波器,截止頻率為l40Hz。
根據(jù)預(yù)處理后的輸入信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)測(cè)分析,得到線性預(yù)測(cè)系數(shù),即線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)信息,利用該系數(shù)即可構(gòu)造合成濾波器。激勵(lì)信號(hào)經(jīng)合成濾波器后生成重構(gòu)信號(hào),與輸入信號(hào)相減后得殘差 信號(hào)。該殘差信號(hào)經(jīng)誤差加權(quán)濾波器處理,根據(jù)聽(tīng)覺(jué)感受改變頻譜, 反饋回控制回路,根據(jù)使加權(quán)殘差均方差最小的原則確定激勵(lì)信號(hào) 及其增益。誤差加權(quán)濾波器也是根據(jù)預(yù)測(cè)分析所得的LPC 信息構(gòu)造的。
基音分析模塊通過(guò)自相關(guān)分析推得基音周期,據(jù)此信息搜索自 適應(yīng)碼本,確定最佳自適應(yīng)碼本矢量。然后再搜索固定碼本,根據(jù)最小化加權(quán)均方差(MSE)的準(zhǔn)則確定最佳固定碼本矢量。最后再確定二個(gè)碼本矢量的增益。
上述過(guò)程確定的線性預(yù)測(cè)編碼信息(線譜頻率)、自適應(yīng)碼本矢量、固定碼本矢量和矢量增益構(gòu)成完整的G.729聲碼器編碼參數(shù)。所有這些參數(shù)均以碼本索引的形式發(fā)往接收端。
下面簡(jiǎn)要說(shuō)明主要模塊的功能原理。
1.線性預(yù)測(cè)分析和量化
短時(shí)相關(guān)分析采用IO 階線性預(yù)測(cè)(LP)濾波器。LP分析每幀(lOms)進(jìn)行1次,采用不對(duì)稱(chēng)窗口,計(jì)算窗口內(nèi)話音信號(hào)自相關(guān)系數(shù),然后用杜賓遞推算法求得LP 系數(shù)。該系數(shù)再變換為線譜對(duì)(LSP)頻域參數(shù),供量化和子幀內(nèi)插,內(nèi)插求得的LSP參數(shù)再轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)P濾波器系數(shù),用以建立每個(gè)子幀的合成濾波器和誤差加權(quán)濾波器,分析采用5ms予視,因此要用到當(dāng)前幀80 個(gè)抽樣信號(hào)和下一幀40個(gè)抽樣信號(hào)。
分析求得LP系數(shù)后,根據(jù)式(4.11)和(4.12)式轉(zhuǎn)換成線譜對(duì),式中取N=10。如前述,P(z)和Q(z)的根都在單位圓上,讓其實(shí)部和虛部分別為: