Кодеки GSM ( на пальцах, выпуск 7)

[pervert_tanuki]

Наши читатели спрашивают -  а что означают эти волшебные сокращения кодеков - FR, HR, EFR, AMR?  И что они могут дать простому ( и непростому) потребителю?

 

Давайте начнем с азов.

 

Аксиома 1: GSM - цифровая система.

 

Для цифровой системы характерно представление аналогового сигнала ( в данном случае -  звука)  в последовательность нолей и единиц. Преобразованием первого во второе занимается кодер,  а обратно -  декодер. Поскольку в том же GSM системы ходят парой в каждом устройстве,  то их объединяют в одну сущность с названием "кодек" ( кодер +  декодер).

 

В одном из предыдущих выпусков об истории сотовой связи мы уже говорили временном разделении каналов,  которые в GSM называются тайм-слотами. В каждом тайм-слоте по умолчанию передается только один вызов. Для кодирования такого вызова используется стандартный кодек FR ( Full-rate). Если вкратце описать его технические характеристики,  то он формирует из звукового сигнала поток со скоростью 13,3 кбит/с,  обеспечивает   полосу пропускания от 200 до 3400 Гц,  что вполне достаточно для воспроизведения человеческого голоса.

 

Продвинутые пользователи GSM спросят меня  -  а ведь в таймслоте 16 кбит/с,  куда деваются остальные? Отвечу -  используются для помехоустойчивого кодирования, дабы у системы была возможность в случае искажения/потери информации на уровне цифры восстановить  информацию.

 

Отцы-основатели GSM были отнюдь не дураки и заранее предусмотрели вариант,  когда существует настоятельная потребность обслуживать той же базовой станцией гораздо больше абонентов. Поступили они незамысловато - просто увеличили емкость путем возможоности использования  одного таймслота одновременно для двух абонентов. Очевидно,  что для этого пропускная способность  таймслота делится между ними поровну,  т.е по 8 кбит/с. Понимаете,  что FR кодек на таком канале работать не будет, какие блага ему не сулили. Для такого режима и был придуман "половинный" кодек ,  он же - HR (Half -rate). Этот кодек "укладывает" звук в среднем в 5,6 кбит/с, разумеется с потерей качества относительно FR. Опять же - остаток полуслота отведен под избыточное кодирование,  а,  поскольку чем плотнее "жмет" речь кодек,  тем чувствительнее он к потере информации. Результаты таких потерь вы можете сами наблюдать в виде "артефактов" и кваканья при разговоре по мобильному.

 

Таким образом, таймслот может содержать либо один,  либо два разговора -  другого стандарт не предусматривает. Зачем тогда появляются все эти "паньски вытребеньки" типа EFR и AMR? причины тому две. 

 

Первая причина -  улучшение субъективного качества звука. Если вкратце -  все кодеки звука (не только GSM)  экспертно оцениваются по качеству звука с эталоном -  кодеком PCM 64 кбит/с. Более поздние и более продвинутые кодеки имеют обычно субъективно лучшее качество звука,  чем более ранние,  при такой же или более низкой необходимой скорости передачи данных. 

 

Вторая причина -  чем меньше места в таймслоте ( или полуслоте) занимает поток ,  создаваемый кодеком,  тем больше можно оставить на избыток,  используемый для помехоустойчивого кодирования. Это позволяет даже для абонента, находящегося в не лучших условиях радиоприема от БС,  обеспечить высокое качество передачи голоса.

 

Именно поэтому семейство кодеков GSM пополнилось сначала кодеком EFR ( Extended full rate), который обеспечивает лучшее качество голоса,  чем FR, при меньшей необходимой полосе пропускания 12,2 против 13,3),  а потом - кодеком AMR ( Adaptive multi-rate).

 

Главное отличие кодека AMR - способность работать на широком ( но конечном) наборе скоростей передачи данных,  для обоих режимов (FR и HR), при сопоставимом или более высоком, чем у "базовых" кодеков качестве ( в зависимости от доступной полосы пропускания). 

 

Как правило, в сотовой сети для использования установлены все "базовые" и несколько (количество ограничивается возможностями сетвого оборудования )  "продвинутых" кодеков. 

 

Почему так? Потому что,  с одной стороны - необходимо обеспечить совместимость сети для всех сотовых телефонов (  тот же AMR поддерживают не более 50% находящихся в пользовании трубок,  а EFR -  80-85%).  С другой стороны, вычислительные способности оборудования сети не в состоянии поддерживать одновременно все типы и подтипы кодеков.  

 

Дополнительное чтение по теме:

• для любознательных -  технические детали
• для любителей стандартов -  все спецификации ETSI

 

Как обычно,  принимаются заявки на следующие выпуски "на пальцах"

Comments

[aaa111.livejournal.com]

я бы заменил "скоростью 13,3 кбит/с" на "частоту дискретизации" - так ясней физический смысл из PCM.

[pervert-tanuki.livejournal.com]

нет, частота дискретизации там как раз 8 кГц. И там не PCM, а ACELP с переменной длиной слова.

[zlaya-koroleva.livejournal.com]

фигасе пальцы!!! [смотрит в ужосе]

[pervert-tanuki.livejournal.com]

верь мне - это "пальцы". Не "пальцы" - в ссылках для дополнительного чтения. Кстати, если что непонятно, но интересно - могу персонально растолковать еще проще, на уровне большой иллюстрированной энциклопедии сама-знаешь-чего :)

[amarkin.livejournal.com]

очень полезно и доступно
спасибо

молодец