[科普中国]-时分语音插空

时分语音插空的概念

时分语音插空（time-division speech interpolation）是指将激活的话音信号动态地切换到空闲信道，以此提高系统容量的技术。

目前通信业务主要有电话业务和图像（传真、电视）业务等，这两种通信业务的信源信息都是在时间和幅度上均为连续的模拟信号，要实现数字化的传输和交换，首先要把模拟信号转换成数字信号。电话信号的数字化成为语声编码，图像信号的数字化成为图像编码。

语声信号的脉冲编码调制（PCM）的编码，解码过程说明语声编码的概念，它包含了三个部分，分别是抽样、量化和编码。在一般情况下，量化和编码是同时完成的。

抽样是指将模拟信号在时间上离散化的过程。量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程。编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。

编码后的数字信号携带的是原始模拟信号的信息，就相当于将模拟信号信息“调制”到了代码上，而代码是由信号抽样得到的脉冲序列再量化编码得到的，因此，称此数字通信为脉冲编码调制（PCM）通信。

根据语声信号的特点及编码的实现方法，语声信号的编码可划分为三大类型。

波形编码，是对信号波形进行的编码，前述PCM方式即为波形编码的一种。这种编码具有较高的重建信号质量。波形编码的概念就是在发送端根据语声信号波形的特点，把语声信号变换为数字信号，而在接收端经解码再恢复发送端原语声的波形。

参量编码是提取语声信号的一些特征参量，对其进行的编码。它主要是跟踪波形产生的过程，传送反映波形产生的主要变化参量，并且这些参量在接收端根据语声产生过程的机理恢复语声。这种编码的特点是编码速率低，但语声质量要低于波形编码。

混合编码是介于波形编码与参量编码之间的一种编码，即在参量编码的基础上，引入了一定的波形编码的特征，以达到改善自然度的目的。1

时分语音插空的原理脉冲编码调制是实现模拟信号数字化的一种方式。由前述模拟信号和数字信号的基本定义可知，模拟信号数字化的基本过程是：对模拟信号在时间域和幅度域上都进行离散化处理，然后再把离散化的幅度值变换为数字信号代码。

脉冲编码调制系统中的信号变换和处理过程为实现从模拟信号到数字信号的变化，首先要把模拟信号用时间域上离散时间点的振幅值来表示，即用样值来表示（抽样）；然后把连续取值的样值用离散的幅度值来近似表示（量化）；最后再把离散的幅度值变换为不易遭受传输干扰的二进制数字代码信号（编码）。这就是把模拟信号变换为数字信号的全部过程。

经过信道传输后，在接收端进行与上述过程相反的变换和处理，首先把数字编码脉冲还原为量化的样值脉冲（解码），然后进行滤波，去除高频分量，即可还原为模拟信号。

模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，这一过程称之为抽样。从信息传输的角度考虑，对抽样的要求应是用时间离散的抽样序列来代替原来的时间连续的模拟信号，并要求能完全表示原信号的全部信息，也就是离散的抽样序列能不失真地恢复出原模拟信号。

抽样后的信号是脉冲幅度调制信号，即PAM信号。PAM信号在时间域上是离散的，但它的幅度取值仍然是连续的，因此还是模拟信号。这种幅度取值连续的PAM信号无法用有限个数二进制数字信号的组合来表示，所以在进行PCM的编码时还需把幅度域上连续取值的样值信号进行离散化处理。

量化是把信号在幅度域上连续取值变换为幅度域上离散取值的过程。具体的定义是，将幅度域连续取值的信号在幅度域上划分为若干个分层，在每一个分层范围内的信号用“四舍五入”的办法取某一个固定的值来表示。

量化过程是一个近似表示的过程，即无限个数取值的模拟信号用有限个数值的离散信号近似表示，这一近似过程一定会产生误差，称之为量化误差信号。量化误差就是指量化前后信号之差，通常用功率来表示，为量化噪声。2