現(xiàn)代通信新技術(shù)第二次課件

2023/3/161現(xiàn)代通信新技術(shù)2023/3/162第二章：信息處理技術(shù)基礎(chǔ)

語(yǔ)音處理和交換語(yǔ)音數(shù)字化處理程控?cái)?shù)字交換機(jī)語(yǔ)音的壓縮處理通知：下周停課一次（順延）2023/3/163音頻信息主要是指由自然界中各種音源發(fā)出的可聞聲和由計(jì)算機(jī)通過(guò)專門(mén)設(shè)備合成的語(yǔ)音或音樂(lè)。音頻信號(hào)2023/3/165人的聽(tīng)覺(jué)特性人對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺(jué)人對(duì)聲音頻率的感覺(jué)人類聽(tīng)覺(jué)的頻響特性人類聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應(yīng)音頻信號(hào)2023/3/166普通電話業(yè)務(wù)普通電話業(yè)務(wù)是發(fā)明最早和應(yīng)用最為普及的一種通信業(yè)務(wù)，它在基于電路交換原理的電話交換網(wǎng)絡(luò)支持下，提供人們最基本的點(diǎn)到點(diǎn)語(yǔ)音（300-3400Hz）通信功能。根據(jù)通信距離和覆蓋范圍電話業(yè)務(wù)可分為市話業(yè)務(wù)、國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途業(yè)務(wù)和國(guó)際長(zhǎng)途業(yè)務(wù)?，F(xiàn)在還可以為用戶提供來(lái)電顯示、三方通話、轉(zhuǎn)移呼叫、會(huì)議電話、短消息收發(fā)等增值功能。還可以提供傳真、互聯(lián)網(wǎng)撥號(hào)接入等功能。智能網(wǎng)業(yè)務(wù)IP電話音頻業(yè)務(wù)2023/3/167話音業(yè)務(wù)將成為標(biāo)準(zhǔn)化的廉價(jià)日用品

－2009年（？），所有技術(shù)（PSTN/VOIP/移動(dòng)）所有距離的話音業(yè)務(wù)都將是標(biāo)準(zhǔn)價(jià)，不限時(shí)的包月制語(yǔ)音價(jià)格將是PSTN和VOIP的標(biāo)準(zhǔn)模式話音業(yè)務(wù)走向無(wú)線化

－2009年（？），75％的呼出分鐘由移動(dòng)發(fā)起（04年為20％）

－2009年（？），35％目前的消費(fèi)類PSTN用戶（4億）將停止使用傳統(tǒng)的固話，而只要靠移動(dòng)或VOIP業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù)收入將繼續(xù)下降－2009年（？），消費(fèi)類PSTN業(yè)務(wù)收入將降低40％－2010年前，低成本話音將是3G的主要驅(qū)動(dòng)力－2010年，3G話音價(jià)格將比主導(dǎo)的2G語(yǔ)音便宜50%話音業(yè)務(wù)的命運(yùn)音頻業(yè)務(wù)2023/3/169PCM過(guò)程包括：抽樣、量化、編碼語(yǔ)音信號(hào)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這需要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：

1）采樣——按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣

2）量化——對(duì)每個(gè)樣本舍入到量化級(jí)別上

3）編碼——對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼脈沖編碼調(diào)制(PCM)的原理模擬話音采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)抽樣電路量化和編碼

數(shù)字化聲音2023/3/16103.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100原始信號(hào)PAM脈沖PCM脈沖（有量化誤差）1001100

PCM輸出脈沖編碼調(diào)制(PCM)的原理2023/3/1611脈沖編碼調(diào)制(PCM)基本原理奈奎斯特定理（采樣定理）：如果連續(xù)變化的模擬信號(hào)最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。--話音信道帶寬<4KHz--采樣時(shí)鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)--量化級(jí)數(shù)：256級(jí)(8位二進(jìn)制碼表示)--數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信號(hào)的速率=64Kbps模擬話音采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)抽樣電路量化和編碼

數(shù)字化聲音2023/3/1613A律：13折線u律：15折線*PCM－折線近似2023/3/1614*PCM－編碼規(guī)則2023/3/1615A律(A-Law)壓擴(kuò)(G.711)主要用在歐洲和中國(guó)大陸等地區(qū)的數(shù)字電話通信中μ

律(μ-Law)壓擴(kuò)(G.711)主要用在北美和日本等地區(qū)的數(shù)字電話通信中。對(duì)于采樣頻率為8kHz，樣本精度為13位、14位或者16位的輸入信號(hào)，使用m律壓擴(kuò)編碼或者使用A律壓擴(kuò)編碼，經(jīng)過(guò)PCM編碼器之后每個(gè)樣本的精度為8位，輸出的數(shù)據(jù)率為64kb/s。這個(gè)數(shù)據(jù)就是CCITT推薦的G.711標(biāo)準(zhǔn)。*PCM－非均勻量化的應(yīng)用2023/3/1617*A律PCM30/32基群幀結(jié)構(gòu)速率：X×Y＝2048Kb/s＝2.048Mb/s2023/3/1618*PCM數(shù)字復(fù)接的應(yīng)用2023/3/1619

制式等級(jí)μ律A律信息速率kb/s

路數(shù)信息速率kb/s

路數(shù)

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，通稱155M）STM-4622080STM-162488320STM-649953280(簡(jiǎn)稱10Gb/s)STM-25639813120(簡(jiǎn)稱40Gb/s)

·STM-N為第N級(jí)同步傳輸模塊

·基群，二次群，三次群，四次群屬于準(zhǔn)同步數(shù)字系列*PCM數(shù)字復(fù)接系列

著名的E1接口2023/3/1621

長(zhǎng)途網(wǎng)

四級(jí)、二級(jí)本地網(wǎng)

匯接局 端局 支局 遠(yuǎn)端模塊電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)C1C2C3C4C5長(zhǎng)途網(wǎng)本地網(wǎng)2023/3/1622*電話網(wǎng)的編號(hào)計(jì)劃國(guó)際長(zhǎng)途字冠＋國(guó)家號(hào)碼＋長(zhǎng)途區(qū)號(hào)＋本地號(hào)碼 00 8610622811732023/3/1623數(shù)字程控電話交換機(jī)的功能(1)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)哪一個(gè)用戶有呼叫請(qǐng)求；(2)要記錄被叫用戶的號(hào)碼；(3)能判別被叫用戶當(dāng)前的使用狀態(tài)；(4)若被叫用戶空閑，則交換機(jī)應(yīng)選擇一條空閑鏈將主叫和被叫用戶連通，使雙方進(jìn)入通話狀態(tài)；(5)通話結(jié)束時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行拆線釋放處理；交換機(jī)的功能（通用）2023/3/16257．特服分機(jī)

呼叫特服分機(jī)(如火警，匪警)時(shí)，特服分機(jī)持續(xù)振鈴，直到對(duì)方應(yīng)答為止。8．三方會(huì)議

可實(shí)現(xiàn)三方用戶同時(shí)通話，相互討論9．公共縮位撥號(hào)

為保密或方便起見(jiàn)，把某些常用號(hào)碼定義一個(gè)縮位碼10．個(gè)人縮位撥號(hào)

普通分機(jī)可把經(jīng)常使用的電話號(hào)碼自編一個(gè)代碼。11．惡意電話跟蹤

當(dāng)您確認(rèn)某次呼叫懷有惡意時(shí)，可鎖定該電話位置。12．跟我來(lái)（Followme）

凡打到設(shè)置了該功能的電話的呼叫，均轉(zhuǎn)至定義的另一分機(jī)數(shù)字程控電話交換機(jī)的功能2023/3/162613．音樂(lè)保持（musiconhold）

在電話轉(zhuǎn)接過(guò)程中，呼叫方聽(tīng)音樂(lè)。

14．熱線（hotline）

摘機(jī)直接與某預(yù)定義的某分機(jī)通話。

15．經(jīng)理秘書(shū)功能

a.通過(guò)通道碼相互呼叫

b.呼叫轉(zhuǎn)移，呼叫經(jīng)理分機(jī)忙或缺席時(shí)，呼叫轉(zhuǎn)到秘書(shū)分 機(jī)上。呼叫經(jīng)理/秘書(shū)不應(yīng)答，呼叫轉(zhuǎn)至目的分機(jī)。

c.強(qiáng)插，當(dāng)經(jīng)理/秘書(shū)呼叫遇忙時(shí)，經(jīng)理或秘書(shū)可撥強(qiáng)插代 碼，插入對(duì)方通話。

d.自動(dòng)回叫。

e.出入自由，經(jīng)理/秘書(shū)可自由退出/返回經(jīng)理/秘書(shū)組。數(shù)字程控電話交換機(jī)的功能2023/3/1629程控交換系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖2023/3/1630硬件功能結(jié)構(gòu)2023/3/1631話路子系統(tǒng)-用戶電路

用戶電路：模擬話機(jī)與交換網(wǎng)絡(luò)的接口電路功能：BORSCHT七項(xiàng)功能饋電

B(BatteryFeeding)過(guò)壓保護(hù)

O(OverVoltageProtection)振鈴

R(Ringing)監(jiān)視

S(Supervision)編譯碼和濾波

C(CODEC&Filters)混合電路（二/四線轉(zhuǎn)換）H(HybridCircuit)測(cè)試

T(Test)2023/3/1632話路子系統(tǒng)-用戶電路2023/3/1633交換網(wǎng)絡(luò)-時(shí)間接線器19193TS3TS192023/3/1634數(shù)字空分接線器(S接線器)2M間時(shí)隙交換012012012TS12TS8TS12TS808121272TS8TS8輸入控制方式1TS12TS12202023/3/1635時(shí)分交換和空分交換綜合應(yīng)用中間時(shí)隙終端A終端或線路B2023/3/1636市話接續(xù)的信令傳送流程掛機(jī)2023/3/1637移動(dòng)臺(tái)（MS）主叫:振鈴摘機(jī)MSMSC/VLRBSS呼叫請(qǐng)求

呼叫請(qǐng)求確認(rèn)連接業(yè)務(wù)通信連接確認(rèn)信令連接建立PSTN連接請(qǐng)求呼叫信息分配命令分配完成回鈴鈴?fù)ｉ_(kāi)始記費(fèi)連接HelloHello移動(dòng)電話的信令傳送流程2023/3/1638虛擬專用網(wǎng)800300神州行預(yù)付費(fèi)PSTNISDNGSMCDMAInternetATM業(yè)務(wù)傳輸/交換與業(yè)務(wù)處理分開(kāi)---集中提供業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)生成與業(yè)務(wù)處理分開(kāi)---快速提供業(yè)務(wù)上網(wǎng)呼叫等待移動(dòng)智能網(wǎng)智能網(wǎng)呼叫控制與業(yè)務(wù)處理分離=智能網(wǎng)智能網(wǎng)2023/3/1639VoIP2023/3/1640電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)－NGN2023/3/1641內(nèi)容語(yǔ)音數(shù)字化程控交換機(jī)*語(yǔ)音的壓縮處理2023/3/1642數(shù)據(jù)量大，存儲(chǔ)處理和傳輸難：

對(duì)CD音質(zhì)的信號(hào)來(lái)講，每秒要44100次的采樣，每個(gè)樣值是16比特的量化，而立體聲CD音質(zhì)信號(hào)，它每秒的碼流是44.1K×16×2≈1.4Mbit/S。人耳對(duì)聲音的生理感受不同：

１．人耳對(duì)各頻率的靈敏度不同。在2K~4K頻段，很低的電平就能被人耳聽(tīng)到，其他頻段時(shí)，相對(duì)要高一點(diǎn)的電 平才能聽(tīng)到，這就是說(shuō)在聽(tīng)覺(jué)閾值以下的電平可以去掉，相當(dāng)于壓縮了數(shù)據(jù)。 ２．頻率之間的掩蔽效應(yīng)，其實(shí)就是指人耳接收信號(hào)時(shí)，不同頻率之間的相互干擾。當(dāng)電平高的頻率點(diǎn)和電平相對(duì)來(lái)說(shuō)較低的不同頻率點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，電平低的頻率點(diǎn)的聲音將聽(tīng)不到。 ３．第三個(gè)特點(diǎn)是指短暫掩蔽效應(yīng)。指在一個(gè)強(qiáng)信號(hào)之前或之后的弱信號(hào)，也會(huì)被遮蔽掉。

壓縮是對(duì)瞬間的頻譜功率進(jìn)行了重新分配，這就為音 頻的數(shù)據(jù)壓縮提供了依據(jù)。為什么要壓縮

2023/3/1643幅度非均勻分布樣本之間的相關(guān)性周期之間的相關(guān)性基音之間的相關(guān)性靜止系數(shù)（話音間隙）長(zhǎng)期相關(guān)性（longtermcorrelation）語(yǔ)音信號(hào)的冗余度“哥，咱媽在單位上班呢?！?023/3/1644話音壓縮編碼（SpeechCoding）話音識(shí)別（SpeechRecognition）文本話音轉(zhuǎn)換（TextToSpeech）話音技術(shù)的研究熱點(diǎn)2023/3/1645話音壓縮的原理框圖2023/3/1646語(yǔ)音編碼器波形編碼器參量編碼器頻域時(shí)域非差分子帶編碼自適應(yīng)變換域編碼差分PCMDPCMM連續(xù)可變斜率MADPCMAPC線性預(yù)測(cè)編碼聲碼器信道聲碼器共振峰聲碼器倒頻譜聲碼器語(yǔ)音激勵(lì)聲碼器多脈沖激勵(lì)LPC碼本激勵(lì)LPC矢量和激勵(lì)LPC語(yǔ)音編碼分類2023/3/1647波形編碼：編碼速率較高，16k~64k包括：PCM，ADPCM，M，CVSDM，APC等占用較高帶寬，適合有線參量編碼：基于人類語(yǔ)音的產(chǎn)生機(jī)理建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)輸入語(yǔ)音得出模型參數(shù)并傳輸，在收端恢復(fù)。編碼速率較低，1.2~4.8kbps包括各種線形預(yù)測(cè)編碼(LPC)方法和余弦聲碼器語(yǔ)音質(zhì)量中等，不滿足商用要求混合編碼：波形編碼+參量編碼(LPAS)

(GSM和CDMA中使用）包括GSM的RPE-LPC編碼和VSELP