Mã hóa âm thanh amr

Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
1
I CM N
Li u tiên ca bn khóa lun này cho phép em c bày t li cm n sâu sc
ti Th.S Trn Ngc Hng, ngi ã tn tình hng dn, ch bo em trong sut thi
gian em làm khóa lun.
Em xin chân thành cm n sâu sc ti các thy cô giáo trong Trng i hc
Công Ngh -HQGHN ã ch bo, dy d và cung cp nhng kin thc c bn và
chuyên môn trong sut 4 nm qua và to u kin thun li  em hoàn thành bn
khóa lun này.
Cui cùng em xin gi li cm n ti gia ình, bn bè ã nhit tình giúp  và
ng viên em hoàn thành khóa lun này.
Xin chúc thy cô giáo và các bn sc khe, hnh phúc.
Hà ni, tháng 05 nm 2008
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
2
TÓM TT NI DUNG
Khóa lun tt nghip này trình bày khái quát vng dng Adaptive Multi Rate
(AMR)  nâng cao cht lng cuc gi. AMR c s dng trong mng n thoi t
bào, nó cung cp cht lng ting nói tt nht vi nhng giá tr thp nht vi vic s
dng các k thut ACELP, DTX, VAD và CNG. AMR là b mã hóa âm thanh a tc
có th hot ng  8 tc  bit ngun khác nhau: 12.2, 10.2, 7.95, 7.4, 6.7, 5.9, 5.15 và
4.75kbps. Không ging nh các b mã hóa âm thanh trc ây trong GSM mà hot
ng  tc  cnh và mc  bo v li là hng s, thì các b mã hóa âm thanh
AMR có th thích ng vi mc  bo v li caiu kin kênh truyn radio và kênh
u lng. Mt h thng GSM s dng mã hóa âm thanh AMR có th la chn kênh
truyn ti u (bán tc hay toàn tc) và ch mã hóa (tc  bit ting nói và kênh) 
phi hp tt nht gia cht lng ting nói và dung lng h thng.
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng

Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
3
C LC
Trang
I CM N ......................................................................................................................1
TÓM TT NI DUNG........................................................................................................2
NG CÁC T VIT TT VÀ THUT NG .................................................................6
CHNG 1: GII THIU V MÃ HÓA ÂM THANH AMR .........................................8
1.1 Gii thiu v mã hóa âm thanh trong thông tin di ng ........................................8
1.2 Gii thiu v mã hóa âm thanh AMR......................................................................8
1.3 Miêu t chc nng ca AMR trong h thng GSM................................................9
1.4 Gii thiu v b mã hóa âm thanh AMR...............................................................10
CHNG 2: THUT TOÁN VÀ CÁC KHI CHC NNG TRONG AMR...............13
2.1. Thut toán doán tuyn tính kích thích theo mã i s ACELP ....................13
2.1.1 LPC tng hp ting nói..............................................................................13
2.1.2 Khuyn ngh G.729 và thut toán ACELP..................................................14
2.1.3 Phân tích LP và lng t hóa LSP .............................................................16
2.1.4 Tìm bng mã thích ng và din t. ...........................................................17
2.1.5. Tìm bng mã cnh. ...............................................................................18
2.1.6 Lng t hóa vector ca các  li ............................................................19
2.2 Các chc nng chuyn i mã................................................................................20
2.2.1 Chc nng ca ca các thành phn audio...................................................20
2.2.2 Chun b các mu ting nói........................................................................20
2.2.3 Các nguyên tc ca b mã hóa ting nói AMR...........................................20
2.2.4 Nguyên tc ca b gii mã âm thanh AMR................................................25
2.2.5 Chc nng ca b mã hóa..........................................................................25
2.2.5.1 Quá trình tin x lý (i vi tt c các ch)..............................................25
2.2.5.2 Phép phân tích doán và quá trình lng t ..............................................26
2.2.5.3 Tính toán áp ng xung (cho tt c các ch)............................................34
2.2.5.4 Tính toán tín hiu mc tiêu (cho tt c các ch)........................................34

2.2.5.5 Bng mã thích nghi.......................................................................................35
2.2.5.6 Bng mã i s .............................................................................................37
2.2.5.7 Lng t hóa gia lng bng mã thích nghi và cnh.................................42
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
4
2.2.6 Miêu t chc nng ca b gii mã..............................................................46
2.2.6.1 Gii mã và tng hp ting nói.......................................................................46
2.2.6.2. Quá trình hu x lý......................................................................................50
2.2.7 S phân b bit chi tit ca mã hóa a mc thích nghi.................................51
2.3. Cu trúc khung mã hóa AMR...............................................................................52
2.3.1 Khuôn dng khung AMR mã hóa (AMR IF1)............................................52
2.3.1.1 AMR Header và thông tin b tr AMR. .........................................................53
2.3.1.2 Khung lõi AMR.............................................................................................55
2.3.2 Thành phn khung AMR............................................................................57
2.4 Hot ng ca khi u khin tc  ngun (SCR).............................................58
2.4.1. Miêu t các chc nng ca SCR................................................................59
2.4.2 Hot ng ca SCR AMR..........................................................................59
2.4.2.1 Ti bên truyn...............................................................................................59
2.4.2.2 Ti bên nhn.................................................................................................63
2.4.3. Bu khin DTX cho h thng GSM.....................................................64
2.4.3.1 Các khi chc nng ca DTX........................................................................65
2.4.3.2 Ti bên truyn TX .........................................................................................65
2.4.3.3 Ti bên nhn RX ...........................................................................................68
2.5 Khuôn dng tp âm thích hp................................................................................70
2.5.1 Chc nng ti bên truyn TX .....................................................................70
2.5.1.1 c lng LSF.............................................................................................71
2.5.1.2 Tính toán nng lng khung .........................................................................72
2.5.1.3 Thay i thut toán mã hóa trong sut thi gian to khung SID....................72
2.5.2 Chc nng ti bên nhn RX .......................................................................72

2.6 Khi tách tích cc ting nói VAD...........................................................................74
2.6.1 Chc nng ca khi VAD..........................................................................74
2.6.2 S khi và chc nng ca tng khi ca thut toán VAD......................74
2.6.2.1 Khi bàn lc và tính toán mc bng con .......................................................75
2.6.2.2 Khi tách pitch..............................................................................................77
2.6.2.3 Khi tách âm.................................................................................................78
2.6.2.4 Phân tích tín hiu phc tng quan (và b tách)...........................................78
2.6.2.5 Khi quyt nh VAD ....................................................................................79
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
5
2.7 S che du li khi mt khung.................................................................................80
CHNG 3: NG DNG AMR TRONG VIC NÂNG CAO CHT LNG CUC
I CA MNG N THOI T BÀO.......................................................................82
3.1 o kim tra cht lng thoi khi ng dng AMR......................................................82
3.1.1 Gii thiu v tiêu chun MOS................................................................................82
3.1.2 So sánh cht lng thoi khi s dng AMR so vi khi s dng EFR.....................83
3.2 ng dng AMR trong vic nâng cao cht lng thoi mng MobiFone ...................86
3.2.1 Tng quan...............................................................................................................86
3.2.2 Trin khai AMR trên mng vô tuyn......................................................................86
3.2.2.1 o cht lng ng truyn ...................................................................86
3.2.2.2. Cu hình AMR.......................................................................................89
3.2.3 Kt quo kim mng li sau khi trin khai AMR..............................................94
3.2.3.1 Kt quo kim ch s SQI ........................................................................94
3.2.3.2 T l thit lp cuc gi thành công..........................................................95
3.2.3.3 T l rt cuc gi....................................................................................96
3.2.3.4 Lu lng kênh iu khin (loi tr vic gán ban u) (ERL).................97
3.2.3.5 T l chuyn giao thành công gia các cell (%) ......................................98
3.2.3.6 Nhn xét..................................................................................................99
T LUN ......................................................................................................................100

TÀI LIU THAM KHO ...............................................................................................101
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
6
NG CÁC T VIT TT VÀ THUT NG
Ký hiu Tên ting Anh Ting Vit
A/D Analogue to Digital B chuyn i tng t
sang s
ACR Absolute Category Rating Loi tc  tuyt i
ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation iu ch xung mã vi
phân thích nghi
AMR Adaptive Multi Rate a tc  thích nghi
BSC Base Station Contronller Trm u khin c s
BTS Base Transceiver Station Trm thu phát c s
C/I Carrier-to-Interfere ratio T s sóng mang trên
nhiu
CI Confidence Interval Khong tin cy
CRC Cyclic Redundancy Check Kim tra d tha
D/A Digital to Analogue B chuyn i s sang
ng t
DCR Degradation Category Rating Loi tc  suy bin
DSP Digital Signal Processor X lý tín hiu s
DTMF Dual Tone Multi Frequency a tn s âm kép
DTX Discontinuous Transmission Truyn không liên tc
EFR Enhance Full Rate Toàn tc tng cng
FR Full Rate Toàn tc
GSM Global System for Mobile communications H thng di ng toàn
cu
HR Half Rate Bán tc
ITU-T International Telecommunication Union –

Telecommunications Standardization Sector
T chc vin thông th
gii – Tiêu chun vin
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
7
thông
LPC Linear Predictive Coding Mã hóa d oán tuyn
tính
LSP Linear Spectral Pairs Cp ph tuyn
MA Moving Average Dch chuyn trung bình
MOS Mean Opinion Score im ý kin trung bình
MS Mobile Station Trm di ng
MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyn mch
di ng
PCM Pulse Code Modulation iu ch xung mã
PSTN Public Switched Telecommunications Network Mng vin thông chuyn
mch công cng
SID Silence Descriptor Mô t im lng
SNR Signal to Noise Ratio T s tín hiu trên n
SQI Signal Quality Index Ch s cht lng tín
hiu
TCH-
AFS
Traffic Channel Adaptive Full rate Speech Kênh lu lng toàn tc
ting nói thích nghi
TCH-
AHS
Traffic Channel Adaptive Half rate Speech Kênh lu lng bán tc
ting nói thích nghi

TRAU Transcoder Units Khi chuyn i mã
VAD Voice Activity Detector B phát hin tích cc
ting nói
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
8
CHNG 1: GII THIU V MÃ HÓA ÂM THANH AMR
1.1 Gii thiu v mã hóa âm thanh trong thông tin di ng
Trong thông tin di ng  rng di tn có giá tr nh hàng hóa, do ó các b mã
hóa ting nói óng vai trò quan trng không ch vi cht lng ting nói mà còn phi
m bo chim dng ít bng tn vi tc  bit thp. B mã hóa vi tc  bit thp cho
kênh truyn bng hp làm tng dung lng h thng là yêu cu quan trng ca các nhà
cung cp dch v và c chú trng nghiên cu c bit trong thông tin di ng. Các
b mã hóa ting nói v c bn c chia làm 2 loi chính là: Mã hóa dng sóng và mã
hóa ngun (Vocoder).
- Mã hóa dng sóng: là k thut mã hóa và gii mã liên tc bám theo dng sóng
ca tín hiu am thanh (mà ting nói ch là mt phn trong ó), v nguyên tc chúng
c thit kc lp vi ngun âm nên cht lng ting nói không ph thuc vào các
loi ngun tín hiu, kiu mã này có u im chng nhiu tt, k thut không phc tp
và r, song h s nén tín hiu không tht s cao, thuc loi này có PCM, ADPCM,
DM, APC….
- Mã hóa ngun da trên s mô phng ngun âm c th (i tng chính ây là
ting nói ca con ngi c nghiên cu trc các c tính  khai thác các kh nng
nén mã), k thut này phc tp, có  tr cao, giá thành t song bù li có h s nén
ln và cho tc  bit mã hóa thp.
1.2 Gii thiu v mã hóa âm thanh AMR.
AMR là s kt hp c bit vi h thng di ng toàn cu GSM. GSM là h
thng chuyn mch c xut phát t Châu Âu vào nhng nm 1980 và c s dng
 rt nhiu nc  Châu Âu. Nhiu công ty di ng  nc M và  nhiu nc không
thuc Châu Âu cng s dng công ngh GSM.

AMR là phng pháp mã hóa ting c phát trin trên c s CELP i
s (ACELP) và c tip nhn cho png pháp mã hóa ting ca GSM vào
m 1998.
AMR thích ng vi nhiu loi kênh truyn khác nhau. AMR có th tu
chnh bng cách thêm vào các bit  giúp sa li khi u kin kênh truyn kém,
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
9
trong khi vn cung cp tng s bit nh nht trong u kin kênh truyn tt.
iu này có ngha là AMR có nhiu bit có th mã hóa ting nói hn là các b mã
hóa khác.
AMR là b mã hóa âm thanh a tc và nó có th hot ng  8 tc  bit:
12.2, 10.2, 7.95, 7.4, 6.7, 5.9, 5.15 hay 4.75 kbps. Thêm vào ó, b mã hóac
thit k cho phép chuyn mch khung không liên tc bi khung c s gia các ch
 khác nhau.
 dài khung cnh là 20ms trong tt c các ch. Kh nng a tc c bng
cách thay i s lng bit lng t cho các thông s trong các subframe.
AMR quy nh các công ngh ngoi vi cn thit cho thông tin di ng. Hai tùy
chn c cung cp tùy chn là gii thut VAD và DTX. Thông tin tp âm nn SID
c phát ti mt khong thi gian nht nh cùng vi h s doán ngn hn và
công sut khung c lng t hóa 35 bit. Ngoài ra cng nh ngha các yêu cu cho
che du li khi xy ra li.
1.3 Miêu t chc nng ca AMR trong h thng GSM
Mã hóa âm thanh AMR bao gm mt tp các ch mã hóa âm thanh tc 
c nh cho hot ng toàn tc và hot ng bán tc, có kh nng cung cp
chuyn mch gia các ch khác nhau tùy thuc vào iu kin li truyn. Mi
ch s cung cp mt mc   bo v li khác nhau qua vic dành phân phi
tng s bit có th (22,8 kbps trong toàn tc và 11,4 kbps trong bán tc) gia mã
hóa ngun và mã hóa kênh.
Tc  bit thc tc s dng cho mi khung ting nói thì ph thuc vào

các iu kin tn ti ca kênh truyn. Thut toán thích nghi mã hóa s la chn
tc  ting nói ti u (hay ch mã hóa) nh cht lng ca kênh truyn. Ch
 mã hóa tt nht s c la chn trong iu kin truyn kém và trong iu
kin truyn tt thì ch mã hóa s cung cp cht lng tt nht. Ch mã hóa
thích hp c la chn tùy thuc vào kt quo cht lng ca kênh truyn
c thc hin trong MS và trong mng và thông tin v bng tn gi qua giao
din không khí cùng vi d liu.
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
10
Hình 1.1: S hin th các thông tin chính truyn qua giao din h thng.
Theo c hai hng, các khung d liu ting nói c kt hp vi ch s ch
mã hóa c s dng  bên nhn la chn úng gii mã kênh và gii mã ngun.
Trong mng, ch s ch mã hóa phi c gi ti TRAU vì th mà gii mã ngun
phù hpc la chn.
S thích nghi cho ch mã hóa tuyn lên, mng phi c ng cht lng
kênh truyn, nhn dng mã hóa tt nht i vi u kin truyn ã tn ti và gi
thông tin này ti MS qua giao din không khí.
Thích nghi mã hóa theo tuyn xung, MS phi c lng cht lng kênh truyn
và gi thông tin cht lng ti mng, nó có thc ánh x trong mng vi ch mã
hóa c gi ý.
Mi link có th s dng ch mã hóa khác nhau nhng bt buc c 2 link phi
s dng cùng ch kênh (là toàn tc hoc bán tc).
Ch kênh c la chn bi chc nng qun lý tài nguyên vô tuyn ca mng.
1.4 Gii thiu v b mã hóa âm thanh AMR
B mã hóa ting AMR bao gm b mã hóa ting a tc, mt bu khin tc 
ngun  phi hp vi b tách tích cc ting nói và h thng to tp âm thích hp và
 ch che chn li  chng li nh hng ca truyn li và mt các gói d liu.
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49

11
Mt b mã hóa ting a tc là mt bn mch tích hp mã hóa âm thanh vi 8 tc 
ngun t 4.75kbps n 12.2kbps, và cho phép ch mã hóa tp âm nn tc  thp. B
mã hóa ting có th chuyn tc  ca nó vi khung ting nói 20ms trên 1 lnh u khin.
Hình 1.2 mô t các khi chc nng x lý ting nói. Trong hình này, các c m
k thut thích hp c ch ra cho mi khi chc nng. Trong hình 1.2, các phn âm
thanh bao gm chuyn i t tín hiu tng t sang tín hiu s và chuyn t tín hiu
s sang tín hiu tng t, ch ra các bc hoàn thành ting nói gia tín hiu âm thanh
vào/ra thit b ngi s dng (UE) và giao din s ca mng.
Hình 1.2.Tng quan các khi chc nng x lý âm thanh.
Gii thích các ký hiu trong hình:
1) 8 bit lut A hay lut µ PCM, tc  ly mu là 8000 mu/giây.
2) 13 bit ng u PCM, tc  ly mu là 8000 mu/giây.
3) C phát hin tích cc ting nói VAD.
4) Khung ting nói c mã hóa, 50 khung/giây, s bit/khung ph thuc vào ch
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
12
 mã hóa AMR.
5) Khung miêu t chèn im lng SID.
6) TX_TYPE, 2 bit, mt trong 2 bit ch s thông tin có ích nu chúng mang
thông tin v ting nói hay thông tin v SID.
7) Các bit thông tin c gi n mng truy cp 3G.
8) Các bit thông tin nhn c t mng truy cp 3G.
9) RX_TYPE, loi khung nhn c ã c lng t hóa thành 3 bit.
Trong hình 1.2, b mã hóa ting lây tín hiu vào nó là 13 bit PCM ng u t b
phn âm thanh ca UE hay ca mng, t mng PSTN 8 bit theo lut A hay lut µc
chuyn i thành 13 bit PCM ng u. Ting c mã hóa ti li ra b mã hóa là các gói
và c gi ti giao din ca mng. Ti ni nhn thì tín hiu c chuyn ngc li.
Ánh x chi tit gia các khi tín hiu vào là 160 mu ting nói theo khuôn

dng là 13 bit PCM ng u c các khi mã hóa (trong ó s lng các bit thì
ph thuc vào loi mã hóa chc s dng) và t tín hiu ra các khi 160
mu ting nói sc khôi phc li. Bng mã hóa theo doán tuyn tính kích
thích theo mã i sa tc.
Mt mã hóa âm thanh AMR ca UE s h tr tt c tc  ngun c cho 
bng 1.1 di ây.
Bng 1.1: Các tc  bit ngun mã hóa cho mã hóa AMR
Chú ý:
1) Các khung SID ginh liên tc c truyn i
2) GSM-EFR là Enhanced Full Rate Speech Mã hóa 3GPP TS 26.090
3) IS-641 là TIA/EIA IS-641 TDMA Enhanced Full Rate Speech Codec.
4) PDC-EFR là ARIB 6.7kbps Enhanced Full Rate Speech Codec.
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
13
CHNG 2: THUT TOÁN VÀ CÁC KHI
CHC NNG TRONG AMR
2.1. Thut toán doán tuyn tính kích thích theo mã i s ACELP
2.1.1 LPC tng hp ting nói
Mã d báo tuyn tính LPC là mt phng pháp mi khác hoàn toàn vi PCM,
DPCM và ADPCM  tái hng s các tín hiu tng t. Phng pháp này dùng b lc
ngang (hay các mch lc s tng ng) cng các thành phn ph tng hp các
dng sóng theo yêu cu. Các tham s ca dng sóng tng hp c s hóa  truyn i
thay vì tín hiu thc s. Xét hiu qu các kt qu nu quá trình tng hp chính xác
hoàn toàn vi tin trình tng t. Vì ã có các thông s v ting nói, LPC c bit
thích hp vi tng hp ting nói và to ting nói.
Hình 2.1 Tng hp ting nói
Hình 2.1 mô t mt quá trình tng hp ting nói bao gm 2 ngun phát u
vào, mt b khuch i thay i  li, và mt b lc ngang trong vòng hi tip.
li ca b khuch i và b lc tng nhánh c u chnh nh dng tính cht âm

thanh (din t) trên gii âm tn. Nhng ting không có âm c to bng ni vi
ngun phát nhiu trng. Nhng ting có âm c ni vào ngun phát dãy xung n
vi các tn s thích hp vi các cao .
Nu các b lc có khong 10 nhánh  li, và các tham sc thu thp
khong 10 n 25ms, quá trình tng hp ting nói rt d dàng mc dù có th nó
i gi.
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
14
Hình 2.2 H thng LPC mch phát
Hình 2.3 H thng LPC mch thu
Xét h thng phát LPC nh hình 2.2. Các giá tr mu ca ting nói u vào
c phân tích  tìm ra các tham s tng hp, toàn b các giá tr ra so sánh vi u
vào. Các kt qu sai khác c mã hóa theo các giá tr tham s t tín hiu sc
truyn. B thu trong hình 2.3 dùng các giá tr tham s và sai s lng t tái to li
dng sóng âm thanh.
T mã LPC hoàn chnh có khong 80 bit - 1 bit  chuyn i trng hp
có âm hoc không có âm, 6 bit cho cao , 5 bit cho  li khuch i, 6 bit cho
tng  li ca 10 nhánh và mt vài bít phát hin li. Ghi nhn các tham s mi
10 - 25ms tng ng ly mu  tn s 40 – 100Hz, vì th LPC òi hi tc 
bit khong 3000 – 8000bps. Vic gim áng k tc  bit làm cho LPC có kh
ng thay th trong l lc ci tin cht lng ca tng hp ting nói cho truyn
thông thoi.
2.1.2 Khuyn ngh G.729 và thut toán ACELP.
ITU-T ã phát hành khuyn ngh G.729 vào nm 1996,c bit n nh mt b
mã hóa ting nói cht lng cao,  tr thp và tc  8kbps.
Thut toán c da trên k thut mã hóa d báo tuyn tính kích thích theo mã
i s ACELP.
 khi ca thut toán ACELP c ch ra  hình i ây:
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng

Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
15
Hình 2.4 S khi G.729
B mã hóa này da trên mt kiu mã hóa CELP và s dng mt k thut tng
hp phân tích xác nh các vector  to kích thích tt nht mà làm gim thiu
c s méo trng s cm giác ting nói ban u và ting nói to ra bng phng
pháp tng hp.
Phân tích doán tuyn tính LPc thc hin trc tiên, và tín hiu ting
nói c biu din bng các h s doán tuyn tính ã c tính toán. Các h s
LPC ã c lng t hóa c s dng trong b lc tng hp ca coder này. S
kích thích ca b lc này bao gm hai phn: mt là vector bng mã thích ng nhm
tái to cu trúc din t ca âm thanh ging nói, và hai là vector bng mã cnh
nhm tái to âm thanh câm. Hai vector ca bng mãã chia t l bi nhng  li
riêng ca chúng  xây dng s kích thích ca b lc tng hp. Ting nói ã tng
hp c to và có  méo ti thiu liên quan n ting nói gc và các vector bng
mãã tìm là nhng cái tt nht.
Thông thng, s phc tp tính toán thut toán cho CELP là khá ln, nht là khi
tìm kim kích thích tt nht. Bi vy, thut toán ACELP s dng các k thut mã hóa
và cu trúc bng mãc bit. ó là ht nhân ca thut toán nh sau: phân tích LP và
ng t hóa LSP s sng lng t hóa vector vi d báo trung bình dch chuyn liên
khung; tìm kim din t vi các chin lc hai tng bao gm phân tích chu kóng
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
16
và chu k m; cu trúc i s ca bng mã cnh làm n gin hóa th tc tìm kim
ca nó; và cu trúc phc hp ca các  li (c 2 cho bng mã thích ng và bng mã
cnh) bng mã lng t vector, mà cng có th to ra sn gin hóa có th bi
vic áp dng mt th tc chn la trc.
2.1.3 Phân tích LP và lng t hóa LSP
Trc tiên, phân tích d báo tuyn tính LP c thc hin  mi ln cho mi

khung 10ms. Quá trình này c ch ra  hình di ây:
Hình 2.5 Phân tích LP
ây, mt ca s bt i xng c bit dài 240 c s dng làm ca s phân
tích LP. Ca sc a ra b công thc sau ây, mà áp dng cho khung 120 mu t
khung ting nói trc, 80 mu t khung hin hành và 40 mu t khung tng lai:
Ting nói ã qua ca s s(n) c s dng  tính toán các h s LPC. LPC thu
c sau ó c chuyn i sang các cp ph vch LSP cho mc ích lng t hóa
vector, các tham s LSP tng ng liên quan n khuôn mu ca hình bao ph ting
nói và mô t trc tip nh ph ngn k. Nh th, các sai s ca tham s trên tn sô
nào ó chnh hng ph ting nói xung quanh m tn s này và có nh hng mt
ít lên các tn s khác. Trong khi các h s LPC không có s liên quan tng ng nh
th, các tham s LSP có th làm tng hiu qu vector c lng t hóa và ni suy
mt cách tng i. Theo các thuc tính cm giác c bit ca thính giác con ngi,
các tham s LSP có quan h vi s phân phi tn s nhy cm c cp phát nhiu bit
n, trong khi các tham s khác tng ng vi s phân phi tn s ít nhy cm c
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
17
cp phát ít bit  gim tng s bit mã hóa.
Nu  chính xác ca lng t hóa LSP không va , cht lng ca ting nói
gii mã s gim áng k. Nh th mt ca bng mã c ln c cn n và s phc tp
tìm kim và các bit tng lên ng thi. Trong xem xét  trên, lng t hóa vector hai
tng vi d báo MA th t chuyn mch ln th 4 c s dng  gim c ca bng
mã và  phc tp vi vic cp phát bit ít hn. Tng th nht s dng lng t hóa
vector 10 chiu vi 7 bit, và tng th 2 là lng t hóa vector tách 10 bit vi hai bng
mã hóa 5 chiu. Hn na, 1 bit c phân phi cho s la chn các h s d báo MA.
2.1.4 Tìm bng mã thích ng và din t.
B mã hóa mang n nhiu mc phc tp trong tính toán, c bit là khi tìm
kim bng mã thích ng và bng mã cnh. Vi mc ích n gin hóa, mt li vào
hai tng c a ra trong tìm kim bng mã thích ng và các th tc c ch ra

trong hình di ây:
Hình 2.6 Phân tích s din t (tính cht âm thanh)
 tng th nht, phân tích chu k mc c lng mi ln cho tng khung
10ms. Mc dù s tìm kim là n gin và tr din t c lng t c là rt thô,
th tc là thit yu  thu hp phm vi tìm kim và n gin hn nhiu s phc tp khi
tìm din t.
Nh thng biên ca chu kóng tìm kim din t gii hn. Xung quanh tr
din t chu k m, phân tích chu kóng c thc hin cho mi subframe 5ms vi
phân gii 1/3 trong khong
12
19 84
33
+ và s nguyên duy nht trong khong 85 ÷ 143.
Và tr ti u c xác nh bi ti thiu hóa trung bình bình phng sai s trng s
gia ting nói gc và ting nói khôi phc. u này t c bi cc i hóa s hng
sau:
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
18
39
0
39
0
() ()
()
() ()
k
n
kk
n

xnyn
Rk
ynyn
=
=
=
∑
∑
vi x(n) là tín hiu ích, và y
k
(n) là kích thích lc ti tr k. y
k
(n) xon c tính
theo tr t
min
. Cho nhng  tr nguyên khác trong khong tìm kim k = t
min
+ 1, ….,
t
max
, nó c cp nht s dng quan h quy:
y
k
(n) = y
k-1
(n-1) + u(-k)h(n) vi n = 39,…,0.
vi h(n) là áp ng xung ca b lc tng hp trng s.
Các tham s bng mã thích ng là các ch s tng ng vi tr và  li nào ó.
Trong li vào bng mã thích ng  thc thi b lc din t kích thích c lp  các
tr ít hn  dài khung con. Vic s dng các tr nh to cho quá trình x lý này tr

giá t trong quá trình tìm tng. Do ó kích thích vt quá thi gian din t c kéo
dài bi phn d LP trong quá trình tìm kim. Th tc này là n gin hn và cho thy
nó to ra các kt qu ging nhau sau khi so vi vic s dng bng mã thích ng cho
tng khungy . Mi khi trã c xác nh, li vào bng mã thích ng quy c
c s dng  kt sinh vector bng mã thích ng.
2.1.5. Tìm bng mã cnh.
Mt bng mãi sc bit vi 17 bit c s dng cho kích thích bng mã c
nh, các vector ca nó có 40 chiu.
Bng mã s dng mt cách sp xp hoán v xung n cài xen ISSP (Interleaved
single-pulse permutation), và tó mi vector cha 4 xung khác 0 vi các biên  ±1
trên các v trí c tha nhn ch ra trong bng di ây:
Bng 2.1: Bng cu trúc ca ca bng mã cnh
Tìm kim bng mã cnh cng c thc hin trên mi subframe và di công
thc o sai s trng s trung bình bình phng. Nu C
k
là vector bng mã cnh th
k, thì vector tt nht c tìm kim bi vic tìm thy biên  và v trí bn xung 0 cu
nó mà cc i hóa theo phân s sau:
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
19
39
2
2
0
1
( () ())
k
kn
k

k
dncn
C
E
c
k
c
=
=
∑
Φ
vi t biu th hoán v, d(n) là tín hiu tng quan ca tín hiu ích h(n), và  là
ma trn liên quan n h(n).
Cu trúc i s ca bng mã cnh cho phép th tc tìm kim nhanh hn, n
gin, và b nhnh hng ít hn. Ngoài ra, trc khi tìm tín hiu d(n) c tách ra
làm hai phn: giá tr tuyt i ca nó và du ca nó t trên biên  ca xung trên
cùng v trí. Sau ó các công thc liên quan khác c chnh sa  phù hp vi quá
trìnhn gin hóa. Và mt chin lc tp trung c s dng n gin hóa hn
na bi thit lp mt chng trình ngng tính trc và mt liên kt u khin trc
khi vòa tìm kim chu k sau cùng.
2.1.6 ng t hóa vector ca các  li
K tip là các  li lng t hóa vector cho óng góp bng mã thích ng và c
nh 7 bit và d báo MA c áp dng i vi  li bng mã cnh. Lng t hóa
nói chung này cung cp mt s tit kim khong 2 bit so vi lng t hóa vô hng.
Da trên nhng so sánh không chính thc, cho thy rng lng t hóa này không a ra
bt k gim sút áng k ca cht lng ting nói so vi các  li không lng t hóa.
 li bng mã thích ng và h s hiu chnh ca  li bng mã cnh c
ng t hóa vector. Bng mã lng hóa t vector s dng mt cu trúc liên hp 2
tng. Mi tng gm bng mã 2 chiu và tng u tiêng s dng bng mã GA vi 3 bit,
và tng hai bao gm mt bng mã GB 4 bit. Thành phn u tiên ca tng vector trong

mi bng mã mô t li bng mã thích ng ã lng t hóa và thành phn th 2 mô
t h s hiu chnh  li bng mã cnh ã lng t hóa.
Cu trúc c bit có th làm n gin tìm kim bng mã bng cách áp dng mt
th tc la chn trc. T c hai bng mã, mt na ch s tham d tt nhât c chn
la trc tiên. Bng mã GA có 8 vector, vi thành phn th 2 thng ln hn thành
phn th nht trong khi 16 vector t bng mã GB có hoàn cnh ngc li.. Trong th
tc chn trc, bn vector vi các thành phn th hai gn vi  li bng mã cnh
n trcc la chn t bng mã tng th nht và 8 vector c la chn t bng
mã tng th 2, các thành phn th nht gn vi  li bng mã thích ng hn.
Có th thy c sau khi chn la trc, s lng thành phn tham d nh hn
nhiu và  phc tp cng gim xung. Sau ó trong khong nh hn, nó tìm t hp
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
20
tt nht ca hai ch mc ti thiu hóa sai s trung bình bình phng.
2.2 Các chc nng chuyn i mã
2.2.1 Chc nng ca ca các thành phn audio
Phép chuyn hóa A/D và D/A tuân theo quy tc và bao gm các thành phn sau:
1) Tín hiu tng tc chuyn sang tín hiu PCM ng b
- Micro
- Thit bu chnh mc u vào
- B lc kh nhiu u vào
- Thit b ly mu và gi mu ti tn s 8 kHz.
- Phép chuyn i tng t - sc biu din bng 13 bit.
2) Chuyn i s PCM ng b sang tng t
- S chuyn i 13 bit/8 kHz PCM ng b sang tng t
- Mt thit b lu gi
- B lc tái to bao gm hiu chnh x/sin(x)
- Thit bu chnh mc u ra.
- Tai nghe hoc loa.

Trong thit bu cui, chc nng A/D có th thu c:
- Thông qua chuyn i trc tip PCM 13 bit u
- Hoc thông qua chuyn i hình thc lut A hoc lut  8 bit, da trên
codec/b lc lut A hoc lut  chun da trên gii thiu ca ITU-T G.711 và G.714,
tuân theo phép chuyn i 8 bit sang 13 bit.
Vi quá trình D/A. các hot ng li c áp dng ngc li
2.2.2 Chun b các mu ting nói
D liu cho vào b mã hóa bao gm các mu vi gii mã 13 bit liên tip nm
phía trái ca ca 1 t có 16 bit. Ba bit kém quan trng nht c thit lp là “0”. B
gii mã cho ra d liu di cùng nh dng.
2.2.3 Các nguyên tc ca b mã hóa ting nói AMR
Mã hóa AMR bao gm 8 mã hóa ngun vi các tc  bit t 4,75 n 12,2 kbps.
Mã hóa da trên mô hình mã hóa d báo tuyn tính c kích thích mã CELP.
S d báo tuyn tính bc 10 hay b lc tng hp ngn hn c áp dng nh sau:
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
21
1
11
()
()
1
m
i
i
i
Hz
Az
az
∧

∧
−
=
==
+
∑
,
vi
i
a
∧
, i=1,…,m là các thông sã c lng t hóa tuyn tính và m=10 là bc
ca b lc d báo. B lc tng hp pitch dài hn nh sau:
11
()1
T
p
Bz gz
−
=
−
,
vi T là  tr pitch và g
p
là h s khuch i pitch. B lc tng hp pitch c
thc thi s dng bng mã thích nghi.
Mô hình tng hp ting nói CELP c cho  hình di ây:
Hình 2.7: S khi ca mô hình tng hp CELP
Trong mô hình này, tín hiu kích thích ti u vào ca b lc tng hp ngn hn
LP c xây dng thông qua vic thêm vào 2 vector kích thích t các bng mã cnh

hoc thích nghi. Vic tng hp ting nói c thc hin thông qua vic cung cp 2
vector ã c la chn hp lý t các bng mã này thông qua b lc ngn hn. Chui
kích thích ti u trong 1 bng mãc la chn s dng th tc tìm kim “phân tích
thông qua tng hp” ó li gia ting nói ban u và sau khi ã tng hp c cc
tiu hóa da trên o bin dng có cm giác.
B lc giác quan c bit c s dng trong k thut tìm kim “phân tích thông
qua tng hp”nh sau:
1
2
A(z/ )
W(z)= ,
A(z/ )
γ
γ
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
22
vi A(z) là b lc cha c lng t hóa và 0 <
γ
2
<
γ
1
< 1 là các nhân t có
tính trc giác. Các giá tr
γ
1 =
0,9 (cho ch 12,2 và 10,2 kbps) hay γ
1
=0,94 cho tt

c các ch và γ
2
=0,6 c s dng. Trng s ca b lc s dng các thông s LP
không c lng t hóa.
B mã hóa hot ng trên các khung ting nói vi 20ms tng ng vi 160 mu
ti tc  ly mu là 8000 mu/giây. Vi mi 160 mu ting nói, tín hiu ting nói
c phân tích  rút ra các tham s ca mô hình CELP (các h s ca b lc LP, các
ch s và  tng thêm ca bng mã cnh và thích nghi). Nhng tham s này c
mã hóa và truyn i. Ti b gii mã, nhng tham s này sc gii mã và ting nói
c tng hp thông qua vic lc các tín hiu kích thích ã c xây dng li thông
qua b lc tng hp LP.
Dòng tín hiu ti b mã hóa nh trên hình di ây:
Hình 2.8: S khi ca b mã hóa ting nói AMR
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
23
S phân tích LP c thc thi hành 2 ln trên 1 khung vi ch 12.2kbit/s và 1
ln cho các ch khác. Vi ch 12.2kbit/s, 2 tp hp tham s LP c chuyn i
sang các cp ph tuyn (LSP) và c lng t hóa ng thi s dng s lng t hóa
ma trn tách (SMQ) 38bits. Vi các ch khác, tp n các tham s LP c chuyn
i sang các cp và vector ph tuyn lng t hóa thông qua s lng t hóa vector
tách. Khung ting nói c chia thành 4 subframe vi mi frame là 5ms (tng ng
vi 40 mu). Các tham s bng mã cnh và thích nghi c truyn theo mi
subframe. Các tham sc lng t hóa và cha c lng t hóa hoc các phiên
bn ni suy c s dùng tùy vào subframe. Mt  tr pitch vòng lp mc c
ng trong mi subframe khác (ngoi tr các ch 5.15 và 4.75kbit/sc thc
hin 1 ln trên mi frame) da trên tín hiu ting nói c trng s giác quan.
Các thao tác c lp li cho mi subframe:
Tín hiu ích x(n) c tính toán thông qua quá trình lc thng d LP qua b lc
tng hp trng s W(z)H(z) vi các trng thái khi u ca các b lc ã c cp

nht thông qua quá trình lc li gia phn thng d và s kích thích LP (u này
ng ng vi phép xp x phng thông ca áp ng u vào 0 ca b lc tng hp
có trng s t tín hiu ting nói c trng s).
áp ng xung H(N) ca b lc tng hp trng sc tính toán. S phân tích
pitch vòng lp óng sau ó sc thi hành ( tìm ra  tr và  tng pitch), s
dng hàm mc tiêu x(n) và áp ng xung h(n), thông qua vic tìm kim xung quanh
 tr pitch lp óng. Pitch phân s khong 1/6 hoc 1/3 ca 1 phân gii mu (ph
thuc vào ch) sc s dng.
Tín hiu mc tiêu x(n) c cp nht qua vic bi quá trình gom bng mã thích
nghi (vector mã thích nghi ã lc), và mc tiêu mi x2(n) c s dng trong vic tìm
kim bng mãi s cnh ( tìm ra si mi ti u).
S tng thêm ca bng mã cnh và thích nghi là nh lng vô hng vi 4 và
5 bít tng ng hoc vector nh lng vi 6-7 bit (vi d báo trung bình ng (MA)
áp dng cho s tng bng mã cnh).
Cui cùng, các b nh ca b lc c cp nht (thông qua tín hiu kích thích ã
nh trc) cho vic tìm kim tín hiu ích trong subframe k tip.
S phân b bit ca các ch mã hóa AMR nh bng sau:
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
24
Bng 2.2: Phân b bit trong các ch AMR
1
st
sub-
2
nd
sub- 3
rd
sub- 4
th

sub- Total per
Mode Parameter
frame frame frame frame frame
2 LSP sets 38
Pitch delay 9 6 9 6 30
Pitch gain 4 4 4 4 16
Algebraic code 35 35 35 35 140
Codebook gain 5 5 5 5 20
12.2 kbps
(GSM EFR)
Total 244
LSP 26
Pitch delay 8 5 8 5 26
Algebraic code 31 31 31 31 124
Gains 7 7 7 7 28
10,2 kbps
Total 204
LSP sets 27
Pitch delay 8 6 8 6 28
Pitch gain 4 4 4 4 16
Algebraic code 17 17 17 17 68
Codebook gain 5 5 5 5 20
7,95 kbps
Total 159
LSP set 26
Pitch delay 8 5 8 5 26
Algebraic code 17 17 17 17 68
Gains 7 7 7 7 28
7,40 kbps
(TDMA EFR)

Total 148
LSP set 26
Pitch delay 8 4 8 4 24
Algebraic code 14 14 14 14 56
Gains 7 7 7 7 28
6,70 kbps
(PDC EFR)
Total 134
LSP set 26
Pitch delay 8 4 8 4 24
Algebraic code 11 11 11 11 44
Gains 6 6 6 6 24
5,90 kbps
Total 118
LSP set 23
Pitch delay 8 4 4 4 20
Algebraic code 9 9 9 9 36
Gains 6 6 6 6 24
5,15 kbps
Total 103
LSP set 23
Pitch delay 8 4 4 4 20
Algebraic code 9 9 9 9 36
Gains 8 8 16
4,75 kbps
Total 95
Khóa lun tt nghip Thông tin di ng
Trng H Công ngh - HQGHN Trn Duy Phú-K49
25
Trong mi khung ting nói 20 ms, 95, 103, 118, 134, 148, 159, 204 hoc 244 bits

sc to ra, tng ng vi tc  bit 4.75, 5.15, 5.90, 6.70, 7.40, 7.95, 10.2 hay
12.2 kbps. Lu ý là các bít quan trng nht (MSB) luôn luôn c gi i trc tiên.
2.2.4 Nguyên tc ca b gii mã âm thanh AMR.
Biu  lung tín hiu ti b gii mã nh trong hình di ây:
Hình 2.9: S khi ca b gii mã âm thanh AMR
Ti b gii mã, da trên chã chn, các ch sã truyn sc trích ra t
lung bit nhn c. Các ch sc gii mã  thu c các tham s ca b mã hóa
ti mi khung truyn i. Nhng tham s này là các vector LSP, các  tr pitch mt
phn, các codevector i mi, và  tng tc pitch và tng tc i mi. Các vector
LSP c chuyn i thành các h s ca b lc LP và ni suy ra thu c các b lc
LP ti mi subframe. Sau ó vi mi 40 mu thì:
- S kích thích c to thành thông qua vic thêm vào các codevector thích
nghi và i mi ly t l thông qua  tng thêm tng ng.
- Ting nói c xây dng li thông qua quá trình lc s kích thích cho ti b lc
tng hp LP
Cui cùng, tín hiu ging nói c tái to c truyn ti 1 b lc thích nghi
theo sau.
2.2.5 Chc nng ca b mã hóa
2.2.5.1 Quá trình tin x lý (i vi tt c các ch)
Hai quá trình tin x lý c áp dng trc cho quá trình mã hóa bao gm: Lc
thông cao và thu nh tín hiu.