VoLTE端到端业务详解 | 编解码基础知识

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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


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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