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3G移動語音編碼標準詳解

2011/05/03

　　在MP3之后，3GPP又制定了一系列的語音編碼(壓縮)新標準──AAC和AMR家族。AAC家族包含了AAC、HE-AAC、EAAC+;其競爭對手AMR家族則包含了：AMR、AMR-WB、AMR-WB+。這些新技術(shù)足夠讓人眼花繚亂，但對手機芯片、制造業(yè)者和工程師而言，這是一個嶄新的機會。

　　AAC

　　AAC(Advanced Audio Coding)也稱為MPEG-2 AAC，是一種數(shù)據(jù)會遺失(lossy)的語音串流壓縮標準。AAC是MPEG-2的一部份，是用來取代MP3的，但是AAC和MP3不同，AAC無法向后兼容，MP3可以，例如：MP3可以和MP2兼容。

　　AAC最多可以支持48個頻道，取樣率從8 kHz到96 kHz。AAC的語音分辨率(resolution)比MP3高，一般而言，96 kbps的AAC之語音品質(zhì)優(yōu)于或等同于128 kbps的MP3，因此，AAC可以在低速的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸語音串流，而且，不會影響語音的品質(zhì)。

　　HE-AAC(AAC+)

　　HE(high efficiency) AAC又稱為MPEG-4 HE-AAC或簡稱AAC+，它是MPEG-2 AAC和SBR(Spectral Band Replication)帶寬延伸修訂版的技術(shù)組合。HE-AAC不是要取代AAC，而是要延伸MPEG-4的語音品質(zhì)，能夠以更低的速率傳輸(32 kbps)。而且，HE-AAC譯碼器可以對AAC解碼。

　　若要產(chǎn)生48 kbps的HE-AAC立體聲，HE-AAC編碼器會產(chǎn)生兩種信號：一個是42 kbps的MPEG AAC信號，另一個是6 kbps的SBR信號。然后，此SBR信號置于MPEG AAC的輔助字段內(nèi)(該字段是MPEG-4定義的)。最后，構(gòu)成一個完整48 kbps的MPEG-4 HE-AAC串流。SBR代表高頻的成份，而AAC代表低頻的成份。HE-AAC譯碼器使用AAC和SBR信號，產(chǎn)生全頻信號;而AAC譯碼器只使用AAC信號，亦即，只有低頻成份被它解碼。

　　HE-AAC能傳輸48 kbps的CD立體聲，或128 kbps、5.1聲道的“環(huán)場聲”(surround sound)。這樣的效率，使它適用于Internet傳輸，或移動數(shù)字廣播。不過，由于HE-AAC的高延遲特性，使它不適用于雙向的通信應(yīng)用。

　　EAAC+

　　Enhanced AAC+(EAAC+)是在2004年時，納入3GPP的第6版標準中。根據(jù)3GPP，它是由MPEG-4 AAC、MPEG-4 SBR和MPEG-4“參數(shù)立體聲”(Parametric Stereo)技術(shù)組合的�！皡�(shù)立體聲”技術(shù)能夠在低傳輸率中，進行“立體聲”的編碼，其基本原理類似SBR。

　　AMR

　　AMR(Adaptive Multi-Rate)標準是在1998年被提出。它的主要功能是提供移動裝置使用的基本語音(baseline speech)。它以可變速率的非立體聲(mono)傳輸，速率在4.75 kbps～12.2 kbps之間，它屬于窄頻，帶寬只有3.5 kHz。它被3GPP當成3G無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本編譯碼技術(shù);3G是從GSM、WCDMA、EDGE、GPRS演變而來的，而且，不管是2G、2.5G或3G，AMR都是這些無線電網(wǎng)絡(luò)標準的最基本編譯碼技術(shù)。

　　AMR的基本原理是：當通信干擾增加時，就降低編譯碼速率，而且還能實現(xiàn)更多的校錯(error correction)功能。AMR也可以讓不同手機系統(tǒng)的編譯碼技術(shù)之間能夠盡量兼容，這是靠ACELP(Algebraic Code Excited Linear Prediction)技術(shù)達到的。ACELP是一種語音壓縮系統(tǒng)，它可以在低速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，提供高品質(zhì)的語音。AMR-WB

　　AMR-WB(wideband extension)是AMR的升級版，它也是使用ACELP技術(shù)。2000年12月時，ETSI/3GPP將AMR-WB標準化，并公布于世。ITU-T在2002年采用它，并另命名為G.722.2。

　　由于AMR-WB的語音帶寬很寬(50 Hz～7 kHz)，所以它的語音品質(zhì)很高。它具有9種采樣速率(都是非立體聲)，分別是：23.85 kbps、23.05 kbps、19.85 kbps、18.25 kbps、15.85 kbps、14.25 kbps、12.65 kbps、8.85 kbps、6.6 kbps。其中，能夠保持高的語音品質(zhì)，并且速率最低者是12.65 kbps。AMR-WB已經(jīng)被UMTS/IMT-2000無線電網(wǎng)絡(luò)采用，作為它的編譯碼基本技術(shù);UMTS也是一種3G新標準。

　　AMR-WB+

　　2004年9月，ETSI/3GPP將AMR-WB+標準化。AMR-WB+是AMR-WB的升級版，它使用ACELP和TCX(Transform Coded Excitation)技術(shù)，提供高品質(zhì)的語音和其它音頻內(nèi)容──這包括：自然聲、數(shù)字音樂、與音樂相混合的聲音(voice-between-music/voice-over-music)。

　　AMR-WB+增加了立體聲信號和支持更高的采樣速率。并且，使用高效率的“參數(shù)立體聲”(HE-PS)技術(shù)，能夠以低速率傳輸高品質(zhì)的立體聲。TCX轉(zhuǎn)換編碼技術(shù)則補償了ACELP的不足。

　　AMR-WB+的采樣速率是從6 kbps～48 kbps;立體聲的采樣速率是8 kbps～48 kbps，非立體聲的采樣速率是6 kbps～36 kbps。這使得它的語音帶寬更寬(24 kHz)，接近CD的語音品質(zhì)。此外，AMR-WB+可以和AMR-WB兼容。

　　技術(shù)比較

　　根據(jù)歐洲廣播聯(lián)盟(EBU)的人工測試(其方法稱為MUSHRA)，除AMR家族尚未測試以外，編譯碼后的語音品質(zhì)最好者是AAC+，在采樣率為48 kbps時，它的品質(zhì)與CD一樣好。其它技術(shù)的語音品質(zhì)，按優(yōu)劣順序分別是：MP3PRO、AAC、Real 8、7 kHz LPF、WMA 8、MP3、Real G2、3.5 kHz LPF。

　　按照3GPP的分類，依傳輸率大小，可區(qū)分成兩類：

　　1. 低于或等于24 kbps者：ARM-WB+、HE-AAC/AAC+、EAAC+。

　　2. 高于24 kbps者：HE-AAC/AAC+、EAAC+。

　　根據(jù)3GPP的MUSHRA測試結(jié)果，ARM-WB+在采樣率為48 kbps時的語音品質(zhì)最高。若以ARM-WB+與EAAC+做比較，在采樣率低于24 kbps時，ARM-WB+的立體聲優(yōu)于EAAC+。

　　結(jié)語

　　目前，AAC和AMR-WB技術(shù)已經(jīng)被使用于2G和2.5手機中。而AAC+、EAAC+和AMR-WB+則被使用于3G手機中。音樂手機比視頻手機、電視手機更早被市場接受。但是，MP3播放機的價格卻一直下滑，所以，音樂手機或音樂播放機極需要AAC+、EAAC+和AMR-WB+的興起和普及，以帶動另一波的購買熱潮。

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