信息与通信现代通信新技术.pptx

Communication2024/9/6周五1第二章：信息处理技术基础第二章：信息处理技术基础语音处理和交换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）通知：下周停课一次（顺延）Communication2024/9/6周五2音频信息主要是指由自然界中各种音源发出的可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。闻声和由计算机通过专门设备合成的语音或音乐。音频信号音频信号Communication2024/9/6周五3音频信号特性音频信号特性 音频信号是随时间变化的音频信号是随时间变化的连续媒体连续媒体，对音频信号的处，对音频信号的处理要求有比较强的理要求有比较强的时序性时序性，即较小的延时和时延抖动。，即较小的延时和时延抖动。不同类型的发声体其声音信号的不同类型的发声体其声音信号的频谱频谱分布各不相同。分布各不相同。语音的主要能量分布较窄，大概为语音的主要能量分布较窄，大概为100Hz5kHz；歌；歌唱声的频谱要宽的多，大概为唱声的频谱要宽的多，大概为82Hz10kHz；各种乐；各种乐器发声的频谱范围一般要到器发声的频谱范围一般要到2020kHz。声音信号的声音信号的强度强度在一个范围内随时随刻发生着改变，在一个范围内随时随刻发生着改变，声音信号的动态范围：语音信号大概有声音信号的动态范围：语音信号大概有2040分贝的分贝的动态范围；交响乐、戏剧等声音的动态范围可高达动态范围；交响乐、戏剧等声音的动态范围可高达6080分贝。分贝。音频信号音频信号Communication2024/9/6周五4人的听觉特性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音频信号Communication2024/9/6周五5普通电话业务普通电话业务 普普通通电电话话业业务务是是发发明明最最早早和和应应用用最最为为普普及及的的一一种种通通信信业业务务，它它在在基基于于电电路路交交换换原原理理的的电电话话交交换换网网络络支支持持下下，提供人们最基本的点到点语音（提供人们最基本的点到点语音（300-3400Hz）通信功能。）通信功能。根根据据通通信信距距离离和和覆覆盖盖范范围围电电话话业业务务可可分分为为市市话话业业务务、国内长途业务和国际长途业务。国内长途业务和国际长途业务。现现在在还还可可以以为为用用户户提提供供来来电电显显示示、三三方方通通话话、转转移移呼呼叫叫、会会议议电电话话、短短消消息息收收发发等等增增值值功功能能。还还可可以以提提供供传传真真、互联网拨号接入等功能。互联网拨号接入等功能。智能网业务智能网业务IP电话电话音频业务音频业务Communication2024/9/6周五6q话音业务将成为标准化的廉价日用品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q话音业务走向无线化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q话音业务收入将继续下降话音业务收入将继续下降 2009年（？），消费类PSTN业务收入将降低402010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音频业务Communication2024/9/6周五7语音数字化的目的：便于传输传输或存储存储音频信号的数字化音频信号的数字化对传输的语音数字化通常采用PCM方法：PCM:脉冲编码调制（PulseCodedModulation），简称脉码调制，指一种利用一系列数字采样来表示音频信号的方法。Communication2024/9/6周五8PCM过程包括：抽样、量化、编码抽样、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脉冲编码调制(PCM)的原理的原理模拟话音模拟话音模拟话音模拟话音采样时钟采样时钟采样时钟采样时钟PAM PAM 信号信号信号信号PCM PCM 信号信号信号信号抽样电路抽样电路量化和编码量化和编码 数字化数字化数字化数字化声音声音声音声音Communication2024/9/6周五93.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.23 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100原始信号原始信号 PAM PAM脉冲脉冲 PCM PCM 脉冲脉冲 （有量化误差）（有量化误差）011100011011001100011100011011001100 PCM PCM 输出输出脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)的原理的原理Communication2024/9/6周五10脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)基本原理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模拟话音模拟话音模拟话音模拟话音采样时钟采样时钟采样时钟采样时钟PAM PAM 信号信号信号信号PCM PCM 信号信号信号信号抽样电路抽样电路量化和编码量化和编码 数字化数字化数字化数字化声音声音声音声音Communication2024/9/6周五11对小信号采用小的量化间隔，对大信号采用大的量化间隔，这样可以用较少的位数编码。对大信号来说，虽然绝对量化误差较大，但是因为：（1）大信号出现的机会不多，（2）信噪比（相对误差）与小信号是一致的，所以对总的话音质量影响不大。非均匀量化也是一种压缩*PCM非均匀量化非均匀量化Communication2024/9/6周五12A律：13折线u律：15折线*PCM折线近似折线近似Communication2024/9/6周五13*PCM编码规则编码规则Communication2024/9/6周五14A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律(-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非均匀量化的应用非均匀量化的应用Communication2024/9/6周五15量化图示*曾量调制曾量调制-音乐保真音乐保真 Communication2024/9/6周五16*A律律PCM 30/32 基群帧结构基群帧结构 速率：XY2048Kb/s2.048Mb/sCommunication2024/9/6周五17*PCM数字复接的应用数字复接的应用 Communication2024/9/6周五18制式等级律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=155520kb/s（155.520Mb/s，通称通称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数字复接系列数字复接系列著名的E1接口Communication2024/9/6周五19语音数字化程控交换机程控交换机语音的压缩处理Communication2024/9/6周五20s 长途网长途网四级四级、二级二级s 本地网本地网汇接局汇接局端局端局支局支局远端模块远端模块电话网结构电话网结构C1C2C3C4C5长途网长途网本地本地网网Communication2024/9/6周五21*电话网的编号计划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国际长途字冠国家号码长途区号本地号码00 86 10 62281173 Communication2024/9/6周五22数字程控电话交换机的功能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）Communication2024/9/6周五231遇忙自动回铃呼叫听忙音时，挂机等待，当被叫闲时系统自动通知您。2不应答自动回铃呼叫长时间听回铃音，无人应答，当被叫下次通话后系统自动通知您。3穿梭在通话的过程中，可暂时与第三方通话，然后返回。4遇忙呼叫转移设置此功能的分机忙时，则呼叫它的电话转至预设置的另一分机。5不应答遇忙转移设置此功能的分机久不应答呼叫时，电话转至预设的另一分机。6公共应答紧急服务当发生重大时间时，通过电铃或汽笛发出信号，任何用户可在任一分机上应答呼叫。数字程控电话交换机的功能数字程控电话交换机的功能交换机的功能（可选）Communication2024/9/6周五247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数字程控电话交换机的功能Communication2024/9/6周五2513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数字程控电话交换机的功能Communication2024/9/6周五2616搜寻组a.组内搜寻闲分机振铃。b.代接电话。c.出入自由。17强插具有该功能的分机，呼叫某分机时遇忙，则可强插进对方通话。18免打扰设置免打扰功能后，所有呼叫该分机的电话将转至话务台。19.一号通数字程控电话交换机的功能数字程控电话交换机的功能Communication2024/9/6周五27数字电路交换技术数字电路交换技术的演进的演进u 电路交换系统分类电路交换系统分类 人工交换系统人工交换系统自动交换系统自动交换系统模拟交换系统模拟交换系统机电式交换系统机电式交换系统空分全电子空分全电子数字交换系统数字交换系统程控数字交换系统程控数字交换系统发展方向Communication2024/9/6周五28程控交换系统基本结构图程控交换系统基本结构图Communication2024/9/6周五29硬件功能结构硬件功能结构Communication2024/9/6周五30话路子系统话路子系统-用户电路用户电路 s 用户电路：模拟话机与交换网络的接口电路用户电路：模拟话机与交换网络的接口电路s 功能：功能：BORSCHT七项功能七项功能馈电馈电B(BatteryFeeding)过压保护过压保护O(OverVoltageProtection)振铃振铃R(Ringing)监视监视 S(Supervision)编译码和滤波编译码和滤波C(CODEC&Filters)混合电路混合电路（二/四线转换）H(HybridCircuit)测试测试T(Test)Communication2024/9/6周五31话路子系统话路子系统-用户电路用户电路 Communication2024/9/6周五32交换网络交换网络-时间接线器时间接线器 19193TS3TS19Communication2024/9/6周五33数字空分接线器数字空分接线器(S 接线器接线器)2M间时隙交换0 1 20 1 20 1 2TS12 TS8TS12 TS808121272TS8TS8输入控制方式输入控制方式1TS12TS1220Communication2024/9/6周五34时分交换和空分交换综合应用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BCommunication2024/9/6周五35市话接续的信令传送流程市话接续的信令传送流程挂机Communication2024/9/6周五36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移动电话的信令传送流程Communication2024/9/6周五37虚拟虚拟专用网专用网800300神州行神州行 预付费预付费PSTNISDNGSM CDMAInternet ATM业务传输业务传输/交换交换与业务处理分开与业务处理分开-集中提供业务集中提供业务业务生成与业务生成与业务处理分开业务处理分开-快速提供业务快速提供业务上网呼上网呼叫等待叫等待移动智能移动智能移动智能移动智能网网网网智能网智能网呼叫控制与业务处理分离呼叫控制与业务处理分离呼叫控制与业务处理分离呼叫控制与业务处理分离=智能网智能网智能网智能网智能网智能网Communication2024/9/6周五38VoIPCommunication2024/9/6周五39电话网结构电话网结构NGNCommunication2024/9/6周五40内容内容语音数字化程控交换机*语音的压缩处理语音的压缩处理Communication2024/9/6周五41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44.1K1621.4Mbit/S。人耳对声音的生理感受不同：人耳对各频率的灵敏度不同。在2K4K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。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。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。为什么要压缩为什么要压缩Communication2024/9/6周五42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）语音信号的冗余度语音信号的冗余度“哥，咱妈在单位上班呢。”Communication2024/9/6周五43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话音技术的研究热点Communication2024/9/6周五44话音压缩的原理框图话音压缩的原理框图Communication2024/9/6周五45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语音编码分类语音编码分类Communication2024/9/6周五46波形编码：编码速率较高，16k64k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，1.24.8kbps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编码语音编码分类语音编码分类Communication2024/9/6周五47极低速率语音编码，600bps高保真语音编码自适应多速率语音编码新的编码分析技术：非线形预测多精度时频分析技术(子波分析技术)高阶统计分析技术语音编码的发展语音编码的发展Communication2024/9/6周五48语音模型的建立：1.产生激励，2.响应模型参数：基音，共振峰频率及强度，清浊音判决低码率编码码率降低有限合成的语音波形失去了自然度和音质周期脉冲发生器随机噪声发生器G时变数字滤波器清/浊音开关声道参数基音周期语音合成模型语音合成模型Communication2024/9/6周五49MP3是目前使用用户最多的有损有损压缩数字音频格式。它的全称是MPEG(MPEG：Moving Picture Experts Group)Audio Layer-3。1993年由德国夫朗和费研究院和法国汤姆生公司合作发展成功。刚出现时只像一个编码标准框架。早期的MP3编码采用的的是固定编码率的方式（CBR），128KBPS就是代表它是以128KBPS固定数据速率编码。最高可以到320KBPS，音质会更好，但文件的体积会相应增大。例：例：MP3Communication作业变声器的原理变声器的应用市场调查2024/9/6周五50Communication2024/9/6周五51一、脉冲编码调制(PCM)基本原理二、交换的原理三、语音的压缩编码通知：下周停课一次（顺延）通知：下周停课一次（顺延）小结小结