《现代通信新技术》PPT课件.ppt

2020 2 14 1 现代通信新技术 北京邮电大学张永军yjzhang 62281173 603通知 下周停课一次 顺延 2020 2 14 2 第二章 信息处理技术基础 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 2020 2 14 3 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 音频信号 2020 2 14 4 音频信号特性音频信号是随时间变化的连续媒体 对音频信号的处理要求有比较强的时序性 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频谱分布各不相同 语音的主要能量分布较窄 大概为100Hz 5kHz 歌唱声的频谱要宽的多 大概为82Hz 10kHz 各种乐器发声的频谱范围一般要到20 20kHz 声音信号的强度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20 40分贝的动态范围 交响乐 戏剧等声音的动态范围可高达60 80分贝 音频信号 2020 2 14 5 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 2020 2 14 6 普通电话业务普通电话业务是发明最早和应用最为普及的一种通信业务 它在基于电路交换原理的电话交换网络支持下 提供人们最基本的点到点语音 300 3400Hz 通信功能 根据通信距离和覆盖范围电话业务可分为市话业务 国内长途业务和国际长途业务 现在还可以为用户提供来电显示 三方通话 转移呼叫 会议电话 短消息收发等增值功能 还可以提供传真 互联网拨号接入等功能 智能网业务IP电话 音频业务 2020 2 14 7 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业务话音业务收入将继续下降 2009年 消费类PSTN业务收入将降低40 2010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 2020 2 14 8 语音数字化的目的 便于传输或存储 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 2020 2 14 9 PCM过程包括 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 PCM 的原理 模拟话音 采样时钟 PAM信号 PCM信号 抽样电路 量化和编码 数字化声音 2020 2 14 10 3 2 3 9 2 8 3 4 1 2 4 2 3 4 3 3 1 4 011 100 011 011 001 100 原始信号 PAM脉冲 PCM脉冲 有量化误差 011100011011001100 PCM输出 脉冲编码调制 PCM 的原理 2020 2 14 11 脉冲编码调制 PCM 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 采样时钟 PAM信号 PCM信号 抽样电路 量化和编码 数字化声音 2020 2 14 12 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 2020 2 14 13 A律 13折线u律 15折线 PCM 折线近似 2020 2 14 14 PCM 编码规则 2020 2 14 15 A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 2020 2 14 16 量化图示 曾量调制 音乐保真 2020 2 14 17 A律PCM30 32基群帧结构 速率 X Y 2048Kb s 2 048Mb s 2020 2 14 18 PCM数字复接的应用 2020 2 14 19 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 著名的E1接口 2020 2 14 20 语音数字化程控交换机语音的压缩处理 2020 2 14 21 长途网四级 二级本地网汇接局端局支局远端模块 电话网结构 C1 C2 C3 C4 C5 长途网 本地网 2020 2 14 22 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00861062281173 2020 2 14 23 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 2020 2 14 24 1 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 交换机的功能 可选 2020 2 14 25 7 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 2020 2 14 26 13 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 2020 2 14 27 16 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 2020 2 14 28 数字电路交换技术的演进 电路交换系统分类人工交换系统自动交换系统模拟交换系统机电式交换系统空分全电子数字交换系统程控数字交换系统 发展方向 2020 2 14 29 程控交换系统基本结构图 2020 2 14 30 硬件功能结构 2020 2 14 31 话路子系统 用户电路 用户电路 模拟话机与交换网络的接口电路功能 BORSCHT七项功能馈电B BatteryFeeding 过压保护O OverVoltageProtection 振铃R Ringing 监视S Supervision 编译码和滤波C CODEC Filters 混合电路 二 四线转换 H HybridCircuit 测试T Test 2020 2 14 32 话路子系统 用户电路 2020 2 14 33 交换网络 时间接线器 19 19 3 TS3TS19 2020 2 14 34 数字空分接线器 S接线器 2M间时隙交换 012 012 012 TS12TS8 TS12TS8 0 8 12 127 2 TS8 TS8 输入控制方式 1 TS12 TS12 2 0 2020 2 14 35 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B 2020 2 14 36 市话接续的信令传送流程 挂机 2020 2 14 37 移动台 MS 主叫 移动电话的信令传送流程 2020 2 14 38 虚拟专用网 800 300 神州行预付费 PSTN ISDN GSM CDMA Internet ATM 业务传输 交换与业务处理分开 集中提供业务 业务生成与业务处理分开 快速提供业务 上网呼叫等待 移动智能网 智能网 呼叫控制与业务处理分离 智能网 智能网 2020 2 14 39 VoIP 2020 2 14 40 电话网结构 NGN 2020 2 14 41 内容 语音数字化程控交换机 语音的压缩处理 2020 2 14 42 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 1K 16 2 1 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2K 4K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 2020 2 14 43 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 哥 咱妈在单位上班呢 2020 2 14 44 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 2020 2 14 45 话音压缩的原理框图 2020 2 14 46 语音编码分类 2020 2 14 47 波形编码 编码速率较高 16k 64k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 2 4 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 2020 2 14 48 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 2020 2 14 49 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 语音合成模型 2020 2 14 50 MP3是目前使用用户最多的有损压缩数字音频格式 它的全称是MPEG