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1、2020/10/24,1,现代通信新技术,北京邮电大学 张永军 yjzhangbupt.edu 62281173-603,2020/10/24,2,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）,2020/10/24,3,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,2020/10/24,4,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
2、为100Hz5kHz；歌唱声的频谱要宽的多，大概为82Hz10kHz；各种乐器发声的频谱范围一般要到2020kHz。 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2040分贝的动态范围；交响乐、戏剧等声音的动态范围可高达6080分贝。,音频信号,2020/10/24,5,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,2020/10/24,6,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
3、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,2020/10/24,7,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
4、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 2019年前，低成本话音将是3G的主要驱动力 2019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,2020/10/24,8,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（Pulse Coded Modulation） ，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。,2020/10/24,9,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
5、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,2020/10/24,10,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,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,2020/10/24,11,脉冲编码调制(PCM)基本原理,奈奎斯特定理（采
6、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,2020/10/24,12,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
7、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,2020/10/24,13,A律：13折线 u律：15折线,*PCM折线近似,2020/10/24,14,*PCM编码规则,2020/10/24,15,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8 kHz，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64 kb/s。这个数据就是CCITT
8、推荐的G.711标准。,*PCM非均匀量化的应用,2020/10/24,16,量化图示,*曾量调制-音乐保真,2020/10/24,17,*A律PCM 30/32 基群帧结构,速率： XY2048Kb/s 2.048Mb/s,2020/10/24,18,*PCM数字复接的应用,2020/10/24,19, 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,2020/10/24,20,语音数字化 程控交换机 语音的压缩处理,2020/10/24,21,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
9、,C2,C3,C4,C5,长途网,本地网,2020/10/24,22,*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00 86 10 62281173,2020/10/24,23,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）,2020/10/24,24,1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
10、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 ）,2020/10/24,25,7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
11、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（Follow me） 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,2020/10/24,26,13音乐保持（music on hold） 在电话转接过程中，呼叫方听音乐。14热线（hot line） 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
12、/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,2020/10/24,27,16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,2020/10/24,28,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
13、,发展方向,2020/10/24,29,程控交换系统基本结构图,2020/10/24,30,硬件功能结构,2020/10/24,31,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(Battery Feeding) 过压保护 O(Over Voltage Protection) 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(Hybrid Circuit) 测试 T(Test),2020/10/24,32,话路子系统-用户电路,2020/10
14、/24,33,交换网络-时间接线器,19,19,3,TS3 TS19,2020/10/24,34,数字空分接线器(S 接线器),2M间时隙交换,0 1 2,0 1 2,0 1 2,TS12 TS8,TS12 TS8,0,8,12,127,2,TS8,TS8,输入控制方式,1,TS12,TS12,2,0,2020/10/24,35,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,2020/10/24,36,市话接续的信令传送流程,挂机,2020/10/24,37,移动台（MS）主叫:,移动电话的信令传送流程,2020/10/24,38,虚拟 专用网,800,300,神州行 预付费,P
15、STN,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,2020/10/24,39,VoIP,2020/10/24,40,电话网结构NGN,2020/10/24,41,内容,语音数字化 程控交换机 *语音的压缩处理,2020/10/24,42,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44.1K1621.4Mbit/S。 人耳
16、对声音的生理感受不同： 人耳对各频率的灵敏度不同。在2K4K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,2020/10/24,43,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（long term
