PCM vs ADPCM vs CS-ACELP vs LD-CELP

一旦我們的類比波形已經被數位化之後,我們可能想要透過編碼這些數位化波形來加以壓縮好節省廣域網路的頻寬。編碼和解碼這些波形的過程是由編解碼器(coder decoders),也被稱之為編解碼器(code decoder,CODEC)。讓我們來看看各種的編解碼器(CODECs)所使用的波形壓縮的一些形式︰

脈衝編碼調變(Pulse Code Modulation, PCM)
是將類比訊號轉換為數位訊號的一種技術,它並非實際地壓縮類比波形。相反的,脈衝編碼調變(PCM)取樣以及數位量化的動作並未進行任何的壓縮。G.711就是使用脈衝編碼調變(PCM)的編解碼器(CODEC)。

可適性差分脈衝碼調變(Adaptive Differentiated PCM,ADPCM)
使用一個差異化訊號(difference signal)。不將整個樣本加以編碼,可適性差分脈衝碼調變(ADPCM)可以將目前樣本與前一個樣本比較出來的差異傳送出去。
G.726就是一個可適性差分脈衝碼調變編解碼器(ADPCM CODEC)的例子。

代數碼激勵線形預測(Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Predication,CS-ACELP)
動態建造基於語音模式的編碼登錄(codebook)。它會使用一個前看緩衝區(look ahead buffer)來查看是否下一個樣本與已存在於編碼登錄(codebook)中的圖案相配。如果它這樣做,那麼編碼登錄(codebook)位置就可以被傳送出去來取代實際的樣本。這個好處就是不需要傳送實際的聲音,我只要傳送給您那個聲音在您編碼登錄(codebook)中的位置,相較於傳送實際的聲音使用了相當少的頻寬。
G.729就是一個代數碼激勵線形預測編解碼器(CS-ACELP CODEC)的例子。

低時延碼激勵線性預測(Low-Delay Conjugate Excited Linear Predication,LD-CELP)
非常類似於代數碼激勵線形預測(CS-ACELP)。不過,低時延碼激勵線性預測(LD-CELP)使用了更小的編碼登錄(codebook),導致較少的延遲,但是它需要更多的頻寬。
G.728編解碼器(CODEC)是一個低時延碼激勵線性預測編解碼器(LD-CELP CODEC)的例子。

G.729所使用的前看緩衝區(look ahead buffer)的目的是為了在一個緩衝區中收集語音模式並且試圖將這些語音模式與已經存在於本地編碼登錄(codebook)中的模式來配對。事實上,在思科網路電話(VoIP環境)中,G.729是在廣域網路中最受歡迎傳送語音流量的編解碼器(CODEC),主要是因為它的高品質及低頻寬需求。為了傳送實際數位化的語音,G.729 只需要8 kbps,相較於G.711所需要的64 kbps頻寬。代數碼激勵線形預測(CS-ACELP)被設計用來把語音模式加以編碼。因此,其他音頻的來源(例如,來電等待音樂)與人類講話相比較,可能會經歷到更多的品質降低的情況。

您通常將會在本地區域網路環境中使用G.711(需64 kbps的頻寬來支付負荷語音流量)而在廣域網路環境中使用G.729(需8 kbps的頻寬來支付負荷語音流量)。所有種類的G.729需要8 kbps頻寬來傳送語音,以下是兩種G.729變型的差異之處:
  • G.729a使用一種較不複雜的演算法,保留處理器的資源伴隨著非常輕微的品質降低(quality degradation)。
  • G.729b支援語音活動偵測(voice activity detection,VAD)。

Note: 語音活動偵測(VAD)可以偵測談話什麼時候停止。在思科路由器上預設情況下,在250毫秒(ms)的寂靜(silence)之後(意即,4分之1秒),路由器停止傳送寂靜(silence),因此釋放出可用的頻寬。雖然語音活動偵測(VAD)所節省的頻寬數量基於語音模式變化而不同,但是通常可以節省百分之35的頻寬。

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