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G.728网络电话编码器

  G.728 是 16kbit/ s 的 LPAS 声码器,采用低时 延码本激励线性预测( LD-CELl汇  线性预测器使用的是反馈型后向自适应技术,预测器系数是根据上一帧的话音星化数据进行更新的,因此算法时延较      短,为 0 .625 ms, 相当千 5 个抽样点时间,这也是 G.728 的帧长时间。由于使用反馈型自适应方法,因此预测器系数不需传送,唯一需传送    的是激励信号 量化值 ,也就是码本索引值。G.728 码本总共有 1024 个矢量,索引需 占 10 个比特,因此其比特率为 10/ 0 .625 = 16kbit/ s。
G.728 编码器
  G.7 28 的 LD-CELP 编码器的简化结构如图 4. 6 所示。64kbit/ s 的 A/? 律 PCM 码流首先经转 换模块转换成线性 PCM, 输入信号按 5 个连续抽样信号一组划分成块。对于每块输入信号,编码器逐个搜     索 1024 个激励码本矢量,每个矢量指 示的激励信号通过增量控制和合成滤波器得到重构信号,求得对应的残差信号。按加权的最小均     方差准则选取最佳的激励信号,将其对应的码本矢量索引值发往解     码器。
 G.7 28 编码器结构
     有 3 类参数需要周期性更新:激励增益、合成滤波器系数 和误差加权滤波器系数。其中,激励增益每个矢量时间更新一次,即 每隔 5 个抽样点(0 . 625ms) 更 新-次。合成滤波器和误差加权滤波器分别为 50 阶和 10 阶全极点 滤波器,其系数 都是每 4 个矢量时间更换 - 次,即 每隔 20 个抽样点 (2.5 ms) 更新一次。
  合成滤波器和激励增益均采用反馈型自适应控制,前者根据以前帧的量化信号更新,后者根据以前帧的增益增化激励更新。误差加权滤波器系数根据合成滤波器系数导出。最佳码本矢量选定后反馈至增益回路和合成滤波器回路,更新滤波器存储器,为下一个信号矢植编码作准备。
      为了加快搜索,整个码本分解为两个码本。一个是波形码本,码   本索引占 7 比特,总共 128个矢量。另一个是增益码本,码本索引 3 比特,总共 8 个矢鼠,其中 1 个比特为符号位,所以实际上共有 4 个皇值。
G.728 解码器
G.728 解码器结构
  G.728 解码器结构如图 4 .7 所示。 解码操作也是按块进行。收到 10 比特索引值后 ,解码器执行查表操作,从 激励码本中抽取对应的码本矢量,该矢量通过增益控制单元和合成滤波器生成恢复后的      解码信号。合成滤波器系数和增益按照和编码器同样的方式定期更      新。
  后置滤波器由长时相关滤波器、短时相关滤波器和增益控制三   个模块级联组 成,其结构如图 4. 8 所示:
G.728 解码器的后置滤波器
         长时相关滤波器为梳状滤波器,其频谱峰值位于基音频率倍频处,每 4 个矢量时 间更新一次。短时相关滤波器由一个 10 阶全极点滤波器和一个 1 阶全零点滤波器级联组成,前者用以衰减共振峰之间的频率分量,后者用以补偿全极 点滤波器频率响应的频谱斜率。短时滤波器也是每 4 个矢量更新一次。增益控制模块采用绝对值计算方法求得增益,增 益值系根据 1 个码本矢量的量化值平均算得。同一帧内的不同抽样信号共用同一增益会使输出信号产生所谓“台阶"效应,为了解决这一问题,增益值  需通过低通滤波器平滑后再加到每个抽样上去。最后,由后置滤波   器输出的 5 个抽样信号经转换模块恢复为 A/ U 律 PCM 信号。
 同步和带内信令
  上述分析均假设解码器知道 10 比特码本索引参数的边界 ,也知道合成滤波器和增益预测器什么时候进行更新。实际上,为了使解  码器和编码器达到上述同步,编码器必须发送相应的同步比特,这些比特构成信令。有两种方法可以传送这些同步比特,一是通过  16kbit/ s 之外的附加比特传送 ,一是将同步比特包含在 16khit/ s 编码比特流之中,称为带内信令。
  一般均采用带内信令,其实现方法是 :设每 N 个矢量插 1 个同步比特 ,则每轮第 N 个矢量只搜索一半的波形码本,这样第 N 个波形矢量的索引只需 6 个比特,节省下来的 1 个比特就可用作同 步比特,也就是每N 个矢量”偷" 1 个比特作 为信令。由于编 码算法基本的自适应 控制周期为 4 个矢量,因此自然可选 N =4k,使解码器易于确定编码器的自适 应周期边界。分析表明,取 N = 16, 即每隔 !Oms 偷取一个比特,对于话音质鼠儿乎没有什么影响,不会产生附加失     真。此时 ,同步信令的速率为 l OObit/ s。
     G.728 标准建议,当所需传送的同步比特为 0 时,第 N 个矢量只搜索波形码本的前半部分 ,即 0 - 63 个矢量;当需传送的同步比特为1 时,只搜索码本的后半部分,即 64 - 127 个矢量。 由千 10 比特编码的安排是,波形码本索引在左,增益码本索引在右,因此上述约定就   是将偷来的同步比特置于码字的最左端;它并不改变波形码本索引     的原来意义。另外,同步比特总是 偷第 4 个矢量的码字( 4 个矢星为一个预测更新周期),这样解码器检测到同步比特后,从下-个收到   的码字起就开始新的码本矢量周期。
     上述带内信令方法不适于编码器要经常关闭和打开的情况,如     在有静音抑制功能的系统中,没有话音信号时编码器就关闭。当每     次编码楛重新打开时,解码器必须 寻找同步序列 ,在 lOObit/ s  速率情况下需几百毫秒时间才能同步,这就会造成所谓的“前端剪辑"效应,  即话音起始段丢失,因此,在这种应用场合,必须用带外信令,使编码  器和解码器和话音信号同时启动。