Điện tử viễn thông c1 2 số hóa thoại khotailieu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

TỔNG ĐÀI &
KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

Chương 1: Lý thuyết tổng quan và cơ sơ
II. Số hóa thoại (digitaling voice)

Giảng viên: Phan Thị Thanh Ngọc
1

EPU - 2012


Nội dung
• Lấy mẫu và Số hóa
– Định lý lấy mẫu & Lượng tử hóa
– Tạp âm số

• Tín hiệu PCM truyền thống
– Nén/giãn theo luật A và luật µ (A laws & µ laws)

• Sự dư thừa tín hiệu thoại (redundancies)
– Giãn/Nén theo âm tiết (Syllabic)
– Điều chế vi sai (Differential)
– Điều chế Delta
– Mã hóa theo dự đoán (Adaptive predictive coding)
– Các bộ mã hóa tín hiệu thoại (Vocoders)
2

• Kết luận

J.Tiberghien - VUB


Tín hiệu được lấy mẫu

F = 2.5 kHz

Tần số lấy mẫu = 8 kHz

Định lý lấy mẫu Nyquist : Fs > 2 * F
3

J.Tiberghien - VUB


Tín hiệu được lấy mẫu

F = 2.5 kHz

Tần số lấy mẫu = 8 kHz

Định lý lấy mẫu Nyquist : Fs > 2 * F
4

J.Tiberghien - VUB


Lượng tử hóa

F1 = 2.5 kHz
F2 = 5.5 kHz
5

Tần số lấy mẫu = 8 kHz
J.Tiberghien - VUB


Lượng tử hóa
Phổ của các xung tín hiệu

6

- Fs

0

Fs

2Fs

- Fs

0

Fs

2Fs

J.Tiberghien - VUB


Biến đổi A -> D

x
Bộ lọc tín
hiệu sau
lượng tử

7

AD

8 kHz - Xung lấy mẫu

J.Tiberghien - VUB


Các lỗi lượng tử
0101
0100
0011
0010
0001
0000
1111
1110
1101
1100

1011

8

J.Tiberghien - VUB


Lỗi lượng tử
Giá trị số Ra

Tín hiệu tượng tự Vào
Lỗi lượng tử

9

J.Tiberghien - VUB


Nhiễu Idle
Mid-riser quantizer

10

Mid-tread quantizer

J.Tiberghien - VUB


Biến đổi A -> D
3400 Hz

300 Hz

Linear 11
A law
8
11 bit
logarithmic
A to D
encoder
Converter
8000 Hz

11

÷8

P to S

64 Kb/s

Codec

64 kHz

J.Tiberghien - VUB


Nén theo luật A (A-law)
(Europe - ITU)
Ra

8 bít

Vào
11 bít
16
32
48
64
80
96
112
128
144
160
176
192
208
224
240
256
272

128
96
80
64
48
32
16

Số dấu phẩy động
sign
: 1 bit
exponent : 3 bits
mantissa : 4 bits

Nén theo luật logarit để
đảm bảo rằng các lỗi khi
số hóa được đồng đều

12

J.Tiberghien - VUB


Biến đổi A -> D (µ -law)

3400 Hz
300 Hz

Linear 12
µ law
8
12 bit
logarithmic
A to D
encoder
Converter
8000 Hz

13

÷8

P to S

64 (or 56) Kb/s

Codec

64 kHz

J.Tiberghien - VUB


Nén theo luật µ
8 bit
output

Least significant bit sometimes used for signaling
(= 56 kb/s telephone channels)

12 bit
input
16
32
48
64
80
96

112
128
144
160
176
192
208
224
240
256
272

128
96
80
64
48
32
16

(North America)

14

J.Tiberghien - VUB


The D to A conversion
Codec

P to S

8

Linear
11
A law
11 bit
logarithmic
D to A
decoder
Converter

64 Kb/s
64 kHz
Clock
extraction
15

J.Tiberghien - VUB


Giảm giảm dư thừa thông tin
• Dư thừa miền thời gian
– Sự phân bố theo biên độ không đồng đều
– Sự tương quan Sample-to sample (~0.85)
– Sự tuowng quan Cycle-to-cycle (= periodicity)
– Sự tương quan khoảng cách đỉnh – đỉnh (Pitch interval to pitch
interval correlations)
– Các yếu tố không tích cực khấc (Speech pauses ~ 40%)

• Dư thừa miền tần số
– Non uniform long term spectral densities
– Sound specific short term spectral densities

16

J.Tiberghien - VUB


Nén theo âm tiết
adaptive gain encoder

Power
level
measurement

Gain
encoding

X

17

Waveform
encoding

J.Tiberghien - VUB

Giải nén theo âm tiết (Syllabic)
adaptive gain decoder

Gain
decoding

Waveform
decoding

18

X

J.Tiberghien - VUB


Điều chế PCM Vi Sai
encoder
3400 Hz

+

∑
-

REG

300 Hz

Linear

A to D
Converter

19

+

∑
+

J.Tiberghien - VUB


Giải điều chế PCM Vi Sai
Decoder

∑
+

REG

+

Linear
A to D
Converter

Efficient due to very high
sample-to-sample correlation
20

J.Tiberghien - VUB


Điều chế Delta
encoder
3400 Hz

∑

1

+

0

300 Hz

∫

21

1
0

J.Tiberghien - VUB


Giải điều chế Delta
decoder

1
0

22

∫

J.Tiberghien - VUB


Dự đoán tuyến tính
encoder
3400 Hz
300 Hz

23

Linear
A to D
Converter

+

∑
-

REG1

q1

REG2

q2

REG3

q3

+

∑

+

J.Tiberghien - VUB


Giải điều chế dự đoán tuyến tính
Decoder
+

Linear
D to A
Converter

∑
+

24

q1

REG1

q2

REG2

q3

REG3

With fixed
coefficients qi , no
more than 3
registers are
useful
J.Tiberghien - VUB


Mã hóa thoại GSM
(Yêu cầu DSP 1.5 MIPS)
36 bit/20mS
(7+2) bit/5mS
PCM, A law
encoder
8 bit

Signal Analyzer

125 µS

Preemphasis
filter

LPC
filter

LPC : Linear Prediction Coding
LTP : Long Term Prediction
VAD : Voice Activity Detection
Exact specification : TS GSM 06.10
25

VAD

LTP
filter

Subsampling

(2+6+39) bit/5mS
260 bit/20mS (=13 kb/s)
J.Tiberghien - VUB