VoLTE端到端业务详解 | 编解码基础知识

Posted 2022-08-22 COCOgsta

书籍来源：艾怀丽《VoLTE端到端业务详解》

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附上汇总贴：VoLTE端到端业务详解 | 汇总_COCOgsta的博客-CSDN博客

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语音属于模拟信号，而目前的通信系统都是数字化的，因此需要在发送端将语音转化为数字信号才能在系统中传输，并在接收端将数字信号还原，如图8-6所示。

语音信号需要经过抽样、量化和编码才能转换成当前通信系统所能传输的数字化信号。

语音编解码的发展经历了4个阶段：①固定网络时代的编解码；②无线网络时代的3GPP单速率编解码；③AMR-NB编解码；④FMC（Fixed Mobile Convergence）时代的AMR-WB/G.722.2编解码，如图8-7所示。

GSM FR、GSM HR、GSM EFR编解码都是固定速率，在通话过程中一直占用着相同的带宽，但是在无线通信过程中，无线信道的质量变化非常大，如果通话过程中无线信道质量变差，无线信道仍然使用相同的速率传输语音，则会导致误码从而影响语音质量。为了在无线信道质量变化时，仍能保证提供最好的语音质量，3GPP提出了AMR（Adaptive Multi-Rate）的概念。AMR算法是一种基于自适应速率，并采用代数码本激励线性预测机制的编解码算法（ACELP），可以保证在信道质量变差时，以较低速率传输语音信号，剩余的带宽用来传输纠错码（卷积码和交织码），从而减少误码率，提高语音质量；信道质量变好时，以较高速率传输语音信号。AMR编解码包括NB AMR和WB AMR编解码。

8.2.1 编解码参数

每个编解码包括4个重要参数：负荷类型、采样频率、速率和打包时长，其对语音质量和带宽的影响见下面的分析。

（1）负荷类型：标准协议定义的一个值，一般不需要修改，需要在MSC Server和MGW对接的时候保持取值一致。

（2）采样频率：采样频率越高，则采样点越多，语音质量越接近于真实的语音信号。同时，被采样的语音频率范围越宽，用户可主观感受到的语音更加自然、舒适和易于分辨。如AMR-WB编解码，其采样频率为16kHz，被采样的语音频率范围为50～7000Hz，语音质量较好。

（3）速率：速率高低和带宽的占用率有关，速率越高，带宽的占用率越高。

（4）打包时长：每个语音包所包含的语音时长。打包时长越长，则打包时延也越大，但是抗抖动能力强，带宽利用率高；打包时长越短，则打包时延也越小，但是抗抖动能力弱，带宽利用率低。

8.2.2 AMR编解码分类和应用

AMR编解码在CS域和IMS域的协议定义不一样，区别如下。

① CS域的AMR编解码分为窄带AMR（AMR-NB）和宽带AMR（AMR-WB）。

a.AMR-NB：HR AMR、FR AMR、UMTS AMR和UMTS AMR2。

b.AMR-WB：UMTS AMR-WB、FR AMR-WB、OHR AMR-WB和OFR AMR-WB。

② IMS域的AMR编解码只分为AMR和AMR-WB。

③ AMR编解码在CS和IMS域的映射关系如下。

a.UMTS AMR适用于3G，对应于IMS域的AMR mode-change-period设置为1的AMR。

b.UMTS AMR2适用于3G，FR AMR/HR AMR适用于2G，对应于IMS域的AMR mode-change-period设置为2的AMR。

c.FR AMR-WB适用于2G，对应于IMS域的AMR-WB mode-change-period设置为1的AMR。

d.UMTS AMR-WB适用于3G，对应于IMS域的AMR-WB mode-change-period设置为2的AMR。

8.2.3 编解码器（TC）

当发送端与接收端所使用的编解码类型不兼容时，为了保证发送端编码后的信息能在接收端解码，需要在传输中间节点上加入码变换器（Transcoder，TC）。

1.TC的基本功能

TC功能示例如图8-8所示。

2.TC扩展功能

（1）打包功能。TC可以作为缓冲队列，当G.711 over TDM向G.711 over IP转换时，PCM格式的G.711每125μs发送一个语音帧，而分组的G.711每5ms发送一个语音帧，因此TC缓存40个PCM语音帧在一个分组包中发送。具体流程如图8-9所示。

（2）UP头转换功能

IP承载的两端编解码类型相同，速率集相同或者兼容，打包时长也相同，仅帧格式不相同时，可直接添加FPTC（Frame Process Transcoder）。FPTC并不是实现编解码的转换，而是完成帧格式的转换，具体流程如图8-10所示。

BICC有UP头，SIP无UP头。当SIP和BICC汇接采用同AMR类型同速率集或都采用G.711时，需插入FPTC做UP头转换。

备注：

用户面协议UP（User Plane）用来传输与无线接入承载（RAB，Radio Access Bearer）相关的用户数据。

FPTC是一种“假”编解码，仅做IP帧头处理，不做语音净载荷的编解码转换，用于减少语音净载荷的编解码次数，从而提高语音质量。

作者：热爱编程的通信人
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来源：稀土掘金
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