AMR特性需求分析

AMR 特性需求分析报告标准类型文档编号版 本 号状 态作 者所属部门提交日期I. 文档控制1) 文档更新记录日期 更新人 版本 备注2) 文档审核记录日期 审核人 职务 备注3) 文档发行范围分发单位 说明西安分公司 按照项目管理部要求，统一文档模板，按照西安分公司文档体系编号规划目 录1 引言 .51.1 编写目的 .51.2 预期读者和阅读建议 .51.3 文档约定 .51.4 参考资料 .51.5 缩写术语 .61.6 定义 .82 特性需求原由 .93 功能性描述 .93.1 框架结构 .93.2 AMR 语音编解码器概述 .93.3. AMR 语音编解码器源控制速率操作 .113.3.1 AMR SCR 概述 .113.3.2 AMR SCR 操作 .123.3.2.1 TX 侧的 AMR SCR 操作 .123.3.2.2 RX 侧的 AMR SCR 操作 .133.3.2.3 语音激励检测器 .143.3.2.4 舒适噪声 .153.4 AMR 语音编解码器差错隐藏 .153.5 AMR 语音编解码器的编/解码 .173.5.1 编码器的功能性描述 .173.5.1.1 预处理 .173.5.1.2 线性预测分析和量化 .173.5.1.3 自适应码本 .183.5.1.4 代数码本 .183.5.1.5 增益量化 .193.5.2 解码器的功能性描述 .193.5.2.1 解码和语音合成 .193.5.2.2 后处理 .203.6 AMR 语音编解码器的帧结构 .203.6.1 AMR 帧头和 AMR 辅助信息 .203.6.2 AMR 核心帧 .223.6.2.1 具有语音比特的 AMR 核心帧 .223.6.2.2 具有舒适噪声比特的 AMR 核心帧 .223.6.3 AMR 帧的组成 .233.7 AMR 语音编解码器的接口实现 .253.7.1 Iu 接口用户面（RAN） .253.7.1.1 Iu UP 传输协议上的帧结构 .253.7.1.1.1 初始化 .253.7.1.1.2 时间对准 .273.7.1.2 比特映射 .283.7.1.3 帧处理 .293.7.1.3.1 从 TC 到 Iu 接口的帧处理（下行） .293.7.1.3.2 从 Iu 接口到 TC 的帧处理（上行） .303.7.2 Nb 接口用户面（CN ） .303.7.2.1 Nb UP 传输协议上的帧结构 .303.7.2.1.1 初始化 .313.7.2.1.2 时间对准 .313.7.2.2 比特映射 .313.7.2.3 帧处理 .324 附录 .32A: AMR IF2 帧格式 .32B: 语音编码器比特顺序 .32版本：V1.01 第 5 页 共 38 页1 引言1.1 编写目的本特性需求分析报告对移动通信系统中 AMR 语音编解码器(声码器) 组成、功能及作用进行了详细的分析。本文档可作为自主研发 TD-SCDMA 核心网设备的参考文档。1.2 预期读者和阅读建议TD-SCDMA 系统核心网研究人员建议全部阅读；TD-SCDMA 系统技术委员会全体人员建议全部阅读；负责系统测试及评审的人员建议全部阅读。1.3 文档约定文档所有中文字符为宋体，所有英文字符为 Times New Roman 字体。文档正文为五号宋体。文档正文标题 1 为小四号加粗宋体。文档其它正文标题为五号加粗宋体。文档所有表格及注释皆用五号宋体，注释用“Note -”标明。附录正文为五号宋体（字母为 Times New Roman）,标题为小四号加粗宋体。页面要求：左边距 3 上边距 2.5 页眉 1.5右边距 3 下边距 2.5 页脚 1.51.4 参考资料1. 3GPP TS 26.071: “AMR speech Codec; General description”,V4.0.02. 3GPP TS 26.073: “AMR speech Codec; C-source code”,V4.1.03. 3GPP TS 26.074: “AMR speech Codec; Test sequences”,V4.0.14. 3GPP TS 26.077: “Minimum Performance Requirements for Noise Suppresser Application to the AMR Speech Encoder”,V4.0.05. 3GPP TS 26.090: “AMR speech Codec; Transcoding Functions”,V4.0.06. 3GPP TS 26.091: “AMR speech Codec; Error concealment of lost frames” ,V4.0.07. 3GPP TS 26.092: “AMR speech Codec; comfort noise for AMR Speech Traffic Channels” ,V4.0.08. 3GPP TS 26.093: “AMR speech Codec; Source Controlled Rate operation” ,V4.0.09. 3GPP TS 26.094: “AMR Speech Codec; Voice Activity Detector for AMR Speech Traffic Channels” ,V4.0.010. 3GPP TS 26.101:“AMR speech Codec; Frame Structure”,V4.2.011. 3GPP TS 26.102:“AMR speech Codec; Interface to Iu and Uu”,V4.0.012. 3GPP TS 28.062:“Inband Tandem Free Operation (TFO) of speech codecs; Service description; Stage 3”V4.4.013. 3GPP TS 29.415:“Core network Nb interface user plane protocols”V4.2.014. 3GPP TS 25.415:“UTRAN Iu interface user plane protocols”V4.5.0版本：V1.01 第 6 页 共 38 页1.5 缩写术语AMR Adaptive Multi-Rate 自适应多速率ACELP Algebraic Code Excited Linear Prediction 代数码本激励线性预测AN Access Network 接入网ANSI American National Standards Institute 美国国家标准协会AAL2 ATM Adaptation Layer 2 ATM 适配层 2ACS Active Codec Set 激活编解码集ATM Asynchronous Transfer Mode 异步传输模式BFI Bad Frame Indication 差错帧指示BSS Base Station Sub-system 基站子系统BSC Base Station Controller 基站控制器CACS Common Active Codec Set 公共激活编解码集CSCS Common Supported Codec Set 公共支持编解码集CHD Channel Decoder 信道解码器CHE Channel Encoder 信道编码器CELP Code Excited Linear Prediction 码本激励线性预测CRC Cyclic Redundancy Check 循环冗余检测CNG Comfort Noise Generation 舒适噪声产生CDMA Code Division Multiple Access 码分多址接入CMI Codec Mode Indication 码本模式指示CMR/CMC Codec Mode Request or Codec Mode Command 码本模式请求或码本模式命令CN Core Network 核心网DTX Discontinuous Transmission 非连续传输DRC Downlink Rate Command 下行链路速率命令ECU Error Concealment Unit 错误隐藏单元EFR Enhanced Full Rate 增强全速率FIR Finite Impulse Response 有限冲击响应FQI Frame Quality Indicator 帧质量指示FQC Frame Quality Classification 帧质量分级FDD Frequency Duplex Division 频分双工GSM Global System for Mobile communication 全球移动通信系统GSM-EFR GSM Enhanced Full Rate speech Codec GSM 增强型全速率语音码本HR Half Rate 半速率IPE In Path Equipment 通道内设备ICM Initial Codec Mode 初始编解码器模式ISUP ISDN User Part ISDN 用户部分LP Linear Prediction 线性预测LACS Local Active Codec Set 本地激活编解码集LSP Line Spectral Pair 线性谱对LSB Least Significant Bit 最低有效位版本：V1.01 第 7 页 共 38 页MA Moving Average 滑动平均MSB Most Significant Bit 最高有效位MSC Mobile services Switching Centre 移动服务交换中心MGW Media GateWay 媒体网关NS Noise Suppression 噪声抑制PCM Pulse Code Modulation 脉冲编码调制PDU Packet Data Unit 分组数据单元PLMN Public Land Mobile Network 公共陆地移动系统PSTN Public Switched Telephone Network 公共交换电话网PDFI Potentially Degraded Frame Indication 潜在的降级帧指示PDC Personal Digital Communication 个人数字通信RAB Radio Access Bearer 无线接入承载RAN Radio Access Network 无线接入网RF Radio Frequency 无线频率RFC RAB sub-flow Combination RAB 子流组合RFCI RFC Indicator RFC 指示RFCS RFC Set RAB 子流组合集RX Receive 接收RNC Radio Network Control 无线网络控制器TFI Transport Format Indicator 传输格式指示QoS Quality of Service 服务质量OACS Optimised Active Codec Set 最优激活编解码集OoBTC OUT of Band Transcoder Control 带外代码转换器控制SCR Source Controlled Rate 源速率控制SCS Supported Codec Set 支持的编解码集SPD SPeech Decoder 语音解码器SPE SPeech Encoder 语音编码器SID Silence Descriptor frame 静默描述帧STI SID Type Indicator SID 类型指示SDU Server Data Unit 服务数据单元SMpSDU Support Mode for Predefined SDU sizes 预定义 SDU 尺寸大小的支持模式TAF Terminal Adaption Function 终端适配功能TC Transcoder 代码转换器TFCI Transport Format Combination Indicator 传输格式组合指示TX Transmit 发送T_Bits Time Alignment Bits 时间对准比特TDD Time Duplex Division 时分双工TDMA Time Division Multiple Access 时分多址接入TFO Tandem Free Operation 串联旁路操作TrFO Transcoder Free Operation 代码转换器旁路操作TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit 代码转换和速率适配单版本：V1.01 第 8 页 共 38 页元UE User Equipment (terminal) 用户终端设备URC Uplink Rate Command 上行链路速率命令VAD Voice Activity Detector 语音激活检测器1.6 定义代码转换器（Transcoder）： 将一种编码信息根据特定的编码方案转换为不同编码信息的设备。NOTE 1: 在 GSM 或 3G 系统中，语音转换器将符合 G.711 要求的语音编码转换成适合通过空中接口传输的最优的语音帧格式，此帧格式与特定的语音编解码器有关。PCM 样本（ PCM Samples） : 根据 ITU-T 建议的 G.711 A-Law 或 -Law 编码的语音样本,速率为 64 kbit/s。语音编解码器类型（Speech Codec Type）: 由 TFO 支持的语音编解码器，分别为 GSM_FR,GSM_HR, GSM_EFR, FR_AMR, HR_AMR, UMTS_AMR, UMTS_AMR_2。AMR 语音编解码器类型（ AMR Speech Codec Type）: AMR 语音编解码器类型指以下编解码器类型之一：FR_AMR, HR_AMR, UMTS_AMR, UMTS_AMR_2。非 AMR 语音编解码器类型（Non-AMR Speech Codec Type）: 非 AMR 语音编解码器类型指以下编解码器类型之一：GSM_FR, GSM_HR 或 GSM_EFR。AMR 模式（AMR mode）: 八种 AMR 编解码器比特速率之一，分别用 0 到 7 表示，其中，AMR 模式 0 代表 4.75 kbis/s 模式，AMR 模式 7 代表 12.2kbis/s 模式。AMR 编解码器模式 （AMR codec mode）: 与 AMR 模式相同自适应码本（adaptive codebook）: 包含适合每一个子帧的激励向量。自适应码本来自于长时期的滤波器状态。Lag 值可作为一个索引在自适应码本中获得。自适应滤波器（adaptive postfilter）: 该滤波器被应用到短期合成滤波器的输出之后以提高语音质量。在自适应多速率编解码器中，自适应滤波器是由共振峰后滤波器和畸变补偿滤波器级联组成的。代数码本（algebraic codebook）: 代数码本被用于产生激励向量，该激励由一些预先确定交织位置的非零脉冲组成固定码本（fixed codebook）: 固定码本包含语音合成滤波器的激励向量，码本的内容是非自适应的（即固定的） 。在自适应多速率编解码器中，固定码本是通过代数码本获得的。lag: 长期的滤波器延迟，它是一个典型的真正的基音周期。线性预测系数（LP coefficients ）: 线性预测系数是一个一般性的描述性术语，它可作为短期滤波的系数线性预测分析窗（LP analysis window）:对于每个帧来说，短期滤波器自相关系数是通过使用分析窗内被高通滤波的语音样本版本：V1.01 第 9 页 共 38 页获得的。在自适应多速率编解码器中，分析窗的长度总是 240 个采样长度。在 12.2 kbit/s模式下，使用两个不对称窗来得到两组线性预测系数，没有前向预测；在其他模式下，则使用一个不对称窗来得到一组线性预测系数，并使用 5ms 的前向预测。开环基音搜索（open-loop pitch search）: 直接从加权语音输入中评估最佳 lag 的过程，它可以简化基音分析，使闭环基音搜索限制在已由开环评估的 lags 这一小的范围内（减少闭环基音搜索的范围） 。在自适应编解码器中，开环基音搜索每帧执行一次。SID 帧（ SID frames）: 专用于舒适噪声的帧，它可以传送有关背景噪声的信息并且通知解码器开始产生背景噪声。语音帧（Speech frame ）: 区别于 SID 帧的传输话音的帧VAD flag: 语音激活检测标记RX_TYPE: 接收帧的分类TX_TYPE: 发送帧的分类残留周期（hangover period） : 在一个语音突发末端所增加的一个帧周期，在此期间 VAD flag =“0“ 并且 TX_TYPE =“SPEECH_GOOD“，它为编码器提供一个额外窗口以获得舒适噪声参数。TFO 呼叫（TFO call）: 使用 TFO 时的移动到移动呼叫2 特性需求原由在第三代移动通信系统中，语音仍然是最重要的业务之一，但问题在于:如何在优化频谱资源的同时增强灵活性和语音质量，尤其是在用户密集的区域。在 3G 中普遍采用的自适应多速率（AMR）语音编解码器（声码器） ，能够根据通信信道的改变而动态地在信源编码和