在保證語音質量的前提下，一路語音數字信號可壓縮到4.8 kb／s甚至更低，語音數字信號壓縮技術的采用提高了有限的頻率資源的利用率，節省了通信費用。民航衛星通信網TES(Telephony Earth Station)系統為節省衛星頻率資源，在通信單元基帶信號處理器對語音信號采用了CCITT推薦的G.721-ADPCM編碼標準和RLPC編碼處理，實現32 kb／s，16 kb／s，9.6 kb／s語音信號的壓縮傳輸。
1 TES系統采用的語音信號壓縮編碼簡介
1.1 G.721-ADPCM編碼
TES系統采用CCITT推薦的G.721標準32 kb／s自適應差分脈沖編碼調制，其原理是利用數字信號樣值和樣值之間的高度相關性由過去樣值預測出當前樣值，并將預測值與實際值的誤差進行量化編程，同時根據數字信號的統計特性自適應地對量化量階進行自動控制，形成自適應差分編碼。編碼譯碼器簡化圖如圖1所示。
工作過程：編碼器首先將模擬語音信號進行A／D變換，因為語音信號主要集中在0～3 kHz頻率范圍內，根據奈奎斯特取樣定理，取樣頻率應大于等于信號頻率的2倍，因此語音信號的取樣頻率為8 kHz，取樣后可提高量化級的精細度，采用μ-律編碼轉換成8 b的脈沖信號，從而形成了8×8 kHz=64 kb／s的語音數字信號比特流S(k)信號，為了使編碼器運行方便，將S(k)信號變成12位線性PCM碼Si(k)信號。d(k)信號是由Si(k)和預測信號Sc(k)相減得到，在自適應量化器中先對d(k)做以2為底的對數運算，然后用定標因子進行量化，對運算結果進行4位編碼產生輸出信號I(k)，輸出信號速率為4×8 kHz=32 kb／s。
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逆自適應量化器是具有與自適應量化器相同量化特性的，用來將輸入的ADPCM信號I(k)變換成差分信號，根據過去樣值Dq(k)和重構信號Sr(k)預測出當前信號值Sc(k)。自適應速度控制器根據輸入信號I(k)的變化快慢情況自適應地輸出速度控制因子ai控制定標因子Y(k)的變化。定標因子自適應器根據I(k)和ai的大小產生定標因子Y(k)，自適應地控制量化器和逆量化器。譯碼器功能將接收到的32 kb／s AD PCM碼變換成64 kb／s PCM碼，再由D／A變換形成模擬語音信號。32 kb／s ADPCM碼I(k)經自適應逆量化器處理后產生差分信號dq(k)，dq(k)與預測信號Se(k)一起產生重構信號Sr(k)。Sr(k)經PCM轉換器產生線性PCM碼由同步編碼調整后產生64kb／s的μ一律PCM碼Sq(k)，由D／A變換后形成模擬語音信號。解碼器的工作與編碼器相似不再贅述，解碼譯碼器簡化圖如圖2所示。G.721-32 kb／s ADPCM編碼方式已比較成熟，在實際2：1壓縮比的情況下語音質量能滿足一般通信和視聽技術要求。
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1.2 RELP殘余激勵線性預測壓縮編碼
RELP編碼目前廣泛應用在VSAT(甚小口徑地球站)系統中。RLPC編碼是LPC(Linear Predictor Coding)編碼的一種，利用分析語音信號波形來產生聲道激勵和轉移函數參數。接收端不再具體呈現輸入語音波形，而是使用語音合成器分析得到的參數來重構語音信號。
以簡單的余弦信號傳輸為例來說明：設信號S(t)=Amcosω0t。其巾Am，ω0對接收機是未知的，如果我們設法將Am，ω0參數傳輸給接收機，則接收機可合成S(t)，而不需要傳輸整個波形。那么如何提取參數，我們可以選定取樣間隔T0并對信號S(t)=Amcosω0t取樣，得到S(n)=Amcos 2πf0nT0，因為只有兩個未知數，根據二階遞推關系，樣值間的關系為S(n)=aS(n-1)+bS(n-2)，S(n)，S(n-1)，S(n-2)等相鄰樣值，可以實際測量，因此得到以下公式：
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通過方程求解得a，b，即知道S(n-1)，S(n-2)后可以預測即將出現的取樣值S(n)。故稱a，b為線性預測參數。圖3為余弦信號RLPC傳輸方式示意圖，工作過程：將根據參數a，b得到的預測值S(n)相減得到差余信號：
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將ε(n)作為補充修正信息傳輸到接收端。在接收端接收到ε(n)和a，b參數，將ε(n)作為激勵信號，a，b參數作為控制數字濾波器的控制信號，則可得到：
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這樣可以將發送端看成獲得a，b，ε(n)的分析過程，接收端為恢復S(n)的合成過程。由ε(n)的數值除個別值較大外，其他均很小，可以忽略。因此可以節省傳輸碼率，實現較大的壓縮比。實際語音信號可以看成是多個不同頻率、不同相位余弦信號的合成，從而也可以從語音波形中抽取線性參數，并通過參數預測當前樣值。在RELP編碼器中使用過去p個樣值來預測現時的樣值S(n)，可以用過去p個樣值線性組合來表示：
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選擇參數{ai}可以使預測值更逼近實際值，但總存在誤差
，并稱ε(n)為殘余，同樣將ε(n)也作為激勵信號，并取其低頻部分進行編碼傳輸，這樣取樣頻率可以做的很低，從而降低了碼率，在收端經變頻再生處理，恢復出全部的ε(n)信號。其RELP編碼器器示意圖如圖4所示。這種編碼方式在16 kb／s，9.6 kb／s速率傳輸語音可以得到較好的語音質量。
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2 TES系統語音信號壓縮的實現
TES系統語音信號的處理在信道單元CU板中完成，CU板組成框圖如同5所示。
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模擬語音信號通過電話接口接人CU板，在接口電路中將模擬語音信號按照CCITT G.711規定，用速率8 kHz的取樣信號對語音信號取樣，把取樣得到的信號進行μ-律編碼方法轉成8 b脈碼信號，即將模擬語音信號轉換成64 kb／s數字比特流，在基帶信號處理器對64 kb／s數字比特流可采用兩種壓縮方式：ADPCM編譯碼方式滿足CCITT的G.721編碼規則，將64 kb／s PCM信號壓縮到32 kb／s較低速率信號；由修斯公司開發的RELP壓縮方式將64 kb／s PCM信號壓縮成16 kb／s或9.6 kb／s兩種數字比特流，壓縮方式的選擇由控制處理器控制。
3 結 語
TES系統采用的語音信號壓縮技術實際為2：1，4：1，6：1的壓縮，節省了頻帶資源，提供了良好的語音傳輸效果。相比較32 kb／s ADPCM編碼語言質量將優于RELP編碼，但壓縮比不高。隨著通信技術的不斷發展，壓縮方式不斷改進，壓縮比不斷提高，相信通過壓縮的低速率視頻信號、靜止圖像信號、視頻會議等信號可以在TES系統上傳輸。