G.728网络SIP电话编码器

G.728是16kbit/s的LPAS声码器，采用低时延码本激励线性预测(LD-CELP).线性预测器使用的是反馈型后向自适应技术，预测器系数是根据上一帧的话音星化数据进行更新的，因此算法时延较短，为0.625ms，相当千5个抽样点时间，这也是G.728的帧长时间。由于使用反馈型自适应方法，因此预测器系数不需传送，唯一需传送的是激励信号量化值，也就是码本索引值。G.728码本总共有1024个矢量，索引需占10个比特，因此其比特率为10/0.625=16kbit/s。

4.5.1   G.728编码器

G.728的LD-CELP编码器的简化结构如图4.6所示。64kbit/s的A/µ律PCM码流首先经转换模块转换成线性PCM，输入信号按5个连续抽样信号一组划分成块。对于每块输入信号，编码器逐个搜索1024个激励码本矢量，每个矢量指示的激励信号通过增量控制和合成滤波器得到重构信号，求得对应的残差信号。按加权的最小均方差准则选取最佳的激励信号，将其对应的码本矢量索引值发往解码器。

图4.6G.728编码器结构

有3类参数需要周期性更新：激励增益、合成滤波器系数和误差加权滤波器系数。其中，激励增益每个矢量时间更新一次，即每隔5个抽样点(0.625ms)更新－次。合成滤波器和误差加权滤波器分别为50阶和10阶全极点滤波器，其系数都是每4个矢量时间更换一次，即每隔20个抽样点(2.5ms)更新一次。

合成滤波器和激励增益均采用反馈型自适应控制，前者根据以前帧的量化信号更新，后者根据以前帧的增益增化激励更新。误差加权滤波器系数根据合成滤波器系数导出。最佳码本矢量选定后反馈至增益回路和合成滤波器回路，更新滤波器存储器，为下一个信号矢量编码作准备。

为了加快搜索，整个码本分解为两个码本。一个是波形码本，码本索引占7比特，总共128个矢量。另一个是增益码本，码本索引3比特，总共8个矢量，其中1个比特为符号位，所以实际上共有4个量值。

4.5.2   G.728解码器

G.728解码器结构如图4.7所示。解码操作也是按块进行。收到10比特索引值后，解码器执行查表操作，从激励码本中抽取对应的码本矢量，该矢量通过增益控制单元和合成滤波器生成恢复后的解码信号。合成滤波器系数和增益按照和编码器同样的方式定期更新。

后置滤波器由长时相关滤波器、短时相关滤波器和增益控制三个模块级联组成，其结构如图4.8所示。长时相关滤波器为梳状滤波器，其频谱峰值位于基音频率倍频处，每4个矢量时间更新一次。短时相关滤波器由一个10阶全极点滤波器和一个1阶全零点滤波器级联组成，前者用以衰减共振峰之间的频率分量，后者用以补偿全极点滤波器频率响应的频谱斜率。短时滤波器也是每4个矢量更新一次。增益控制模块采用绝对值计算方法求得增益，增益值系根据1个码本矢量的量化值平均算得。同一帧内的不同抽样信号共用同一

图4.7    G.728解码器结构

图4.8   G.728解码器的后置滤波器

增益会使输出信号产生所谓“台阶＂效应，为了解决这一问题，增益值需通过低通滤波器平滑后再加到每个抽样上去。最后，由后置滤波器输出的5个抽样信号经转换模块恢复为A/µ律PCM信号。

4.5.3  同步和带内信令

上述分析均假设解码器知道10比特码本索引参数的边界，也知道合成滤波器和增益预测器什么时候进行更新。实际上，为了使解码器和编码器达到上述同步，编码器必须发送相应的同步比特，这些比特构成信令。有两种方法可以传送这些同步比特，一是通过16kbit/s之外的附加比特传送，一是将同步比特包含在16khit/s编码比特流之中，称为带内信令。

一般均采用带内信令，其实现方法是：设每N个矢量插1个同步比特，则每轮第N个矢量只搜索一半的波形码本，这样第N个波形矢量的索引只需6个比特，节省下来的1个比特就可用作同步比特，也就是每N个矢量”偷“1个比特作为信令。由于编码算法基本的自适应控制周期为4个矢量，因此自然可选N=4k，使解码器易于确定编码器的自适应周期边界。分析表明，取N=16，即每隔10ms偷取一个比特，对于话音质质量几乎没有什么影响，不会产生附加失真。此时，同步信令的速率为loobit/s。

G.728标准建议，当所需传送的同步比特为0时，第N个矢量只搜索波形码本的前半部分，即0~63个矢量；当需传送的同步比特为1时，只搜索码本的后半部分，即64~l27个矢量。由于10比特编码的安排是，波形码本索引在左，增益码本索引在右，因此上述约定就是将偷来的同步比特置于码字的最左端；它并不改变波形码本索引的原来意义。另外，同步比特总是偷第4个矢量的码字(4个矢星为一个预测更新周期），这样解码器检测到同步比特后，从下－个收到的码字起就开始新的码本矢量周期。

上述带内信令方法不适于编码器要经常关闭和打开的情况，如在有静音抑制功能的系统中，没有话音信号时编码器就关闭。当每次编码楛重新打开时，解码器必须寻找同步序列，在l00bit/s速率情况下需几百毫秒时间才能同步，这就会造成所谓的“前端剪辑＂效应，即话音起始段丢失，因此，在这种应用场合，必须用带外信令，使编码器和解码器和话音信号同时启动。