HD-Voice для сотовой связи — Хуан, Дмитрий, Владимир, Олег, Ирина, Слава!
В основе режима HD-voice лежит технология AMR-WB (Adaptive Multi Rate Wadeband) — широкополосное адаптивное кодирование с переменной скоростью), также данный кодек известен как стандарт G.722.22. В теории человек может услышать звуки в диапазоне 20Гц — 20кГц, но на практике достаточно передавать звук в существенно более узком диапазоне. При кодировании речи в AMR-WB используется диапазон частот 50Гц-7кГЦ, этого абсолютно достаточно для полноценной передачи голоса. Для примера, в кодеке AMR используется диапазон 300–3кГц. Метод может использоваться в сетях 2G и 3G.
Проще говоря, теперь человеческий голос будет звучать естественнее, потому что перестанет «ужиматься» в довольно узкую полосу, необходимость которой была когда-то продиктована ограничениями инфраструктуры. Кроме того, при HD-кодировании, внешние шумы оказывают меньшее воздействие на разборчивость речи.
Как мы дошли до HD-Voice, и как это работает? Речь человека занимает некоторую полосу звуковых частот, обычно её принимают равной 20Гц-20кГц. Передать весь спектр по беспроводным каналам связи без сжатия сложно, поэтому голос без урезания полосы передается только в проводных системах. Для целей сжатия речи используются голосовые кодеки или вокодеры. Их побочным действием является искажение передаваемого голоса за счет ограничения полосы частот голосового сообщения.Самым первым голосовым кодеком, использовавшимся в мобильных сетях, был «Full Rate» — FR. Одновременно с FR, был введен и кодек «Half Rate», единственное предназначение которого — увеличение количества одновременно обслуживаемых абонентов, и, как понятно из его названия, он занимает в радиоканале половину полосы кодека FR. Однако качество голоса после перекодирования в FR, было не очень высоким, а для некоторых стран (к примеру, арабских, где скорость речи высокая и много высочастотных звуков), и вовсе неприемлемым. Поэтому кодек FR был переработан, и появился «Enhanced Full Rate», обеспечивающий существенно лучшее качество голоса, при меньшем создаваемом битрейте.
С ростом проникновения мобильных сетей, требования к качеству голосовых услуг стали расти, и проявилась проблема с ухудшением качества голоса, при низком уровне радиосигнала от базовой станции. Для решения этой задачи, был разработан новый кодек — «Adaptive Multi Rate», который использовал тот же диапазон частот для анализа и сжатия, но алгоритм был реализован таким образом, что битрейт кодека динамически менялся, в зависимости от качества принимаемого сигнала. Благодаря этому, появилась возможность при хороших радиоусловиях предоставить отличное качество голоса, а при плохих — сохранять разговор даже там, где кодеки FR/EFR не смогли бы работать вовсе.
Все сети 3G работают только с использованием кодека AMR или последующих его реализаций, например AMR-WB. Но поскольку в сети остается большое количество абонентов использующих телефоны поддерживающие только работу с кодеками EFR/HR, сеть 2G продолжает работать со всеми кодеками (FR/EFR/HR/AMR FR/AMR HR) сразу, обеспечивая голосовой связью любой телефон.
В настоящее время требования к качеству голоса в мобильных сетях продолжают расти, и настало время для использования технологии AMR-WB. Все кодеки, описанные выше, используют для сжатия диапазон частот до 200Гц-3.4кГц, в то время как AMR-WB для кодирования использует полосу голосового сообщения на уровне 50Гц-7кГц., т.е. AMR-WB позволяет передавать в два раза большую полосу частот, что и дает увеличение качества и насыщенности высокими и низкими частотами передаваемого голоса.
Некоторые характеристики кодеков приведены в таблице:
Кодек Стандарт Год создания Диапазон сжимаемых частот Создаваемый битрейт Full Rate — FR GSM 06.10 1990 200–3400 Hz 13 kbit/s Half Rate — HR GSM 06.20 1990 200–3400 Hz 5.6 kbit/s Enhanced Full Rate — EFR GSM 06.60 1995 200–3400 Hz 12.2 kbit/s Adaptive Multi Rate — AMR 3GPP TS 26.071 1999 200–3400 Hz 4.75 — 12.20 kbit/s Adaptive Multi Rate — WideBand — AMR-WB 3GPP TS 26.190 2001 50–7000 Hz 6.60 — 23.85 kbit/s Adaptive Multi Rate-WideBand+ — AMR-WB+ 3GPP TS 26.290 2004 50–7000 Hz 6 — 36 kbit/s (mono)7 — 48 kbit/s (stereo) Hint для любознательных программистов: образец реализации кодека AMR на языке Си имеется в стандарте 3GPP TS 26.073 (его можно легко найти, скачать и попробовать реализовать).
На диаграмме ниже можно увидеть сравнение качества голоса, по шкале MOS (Mean Opinion Score), в зависимости от используемого кодека. Шкала MOS — субъективная оценка качества голоса от 0 до 5, где 0 — полное отсутствие слышимости, а 5 — живая речь. Кодек G.711 — применяется в проводной телефонии, то есть это качество которое вы должны слышать со своего городского телефона (если он, конечно, не переведен на IP канал, но это тема совсем другого разговора).
Как видно из диаграммы, кодек AMR-WB, обеспечивает, при хороших радиоусловиях, качество голоса выше, чем проводной домашний телефон.
Для примера — два фрагмента музыкальной композиции, которые сжимались кодеками AMR и AMR-WB, можете сами сравнить качество звука, и визуально оценить разницу в звуковой картине, создаваемой разными кодеками.
Верхний трек, кодированный в AMR
Нижний трек, кодированный в AMR-WB
Тесты Мы не первые, кто запускает эту технологию в России, поэтому кое-какие наработки уже были. Наш первый участок сети с HD-Voice был построен в пределах МКАД, на оборудовании Ericsson. Активирование AMR-WB заняло длительное время: сначала проходило тестирование на одном контроллере (с многочисленными драйв-тестами по измерению качества речи). И даже после того как на одном контроллере все было протестировано, последующая активация проходила поэтапно, контроллер за контроллером. Весь процесс активирования занял почти полгода.Вот эталонные сэмплы с финала тестов, которые оценивались аппаратно с помощью точных замеров в разные моменты.
Это уже работает?
Да, сейчас технология реализована в сети 3G для Москвы. Для того, чтоб воспользоваться режимом, не нужно производить дополнительных настроек, он активизируется сам, если оба абонента находятся в сети 3G и оба их телефона поддерживают работу кодека.
На схеме изображены условия, которые нужны для функционирования AMR-WB. Сейчас как говорилось выше, кодек запущен в сети 3G, следующий этап обеспечить работу кодека между сетью 2G и 3G, далее — между сетями и между операторами.
Какие устройства поддерживаются? Список. Осторожно, под спойлером много букв. Alcatel One Touch 903Alcatel One Touch 916/916DAlcatel One Touch 918Alcatel One Touch 983Alcatel One Touch 985/985DAlcatel One Touch 991/991D/991TAlcatel One Touch 992DAlcatel One Touch 993/993DAlcatel One Touch 995/996Alcatel One Touch IdolAlcatel One Touch Idol UltraAlcatel One Touch Scribe EasyAlcatel One Touch Scribe HDAlcatel One Touch StarAlcatel One Touch TribeAlcatel One X’POPApple iPhone 5Apple iPhone 5SApple iPhone 5CBlackBerry Q10BlackBerry Q5BlackBerry Torch 9810BlackBerry Z10BlackBerry Z30HTC Desire 500HTC ChaChaHTC Desire CHTC Desire HDHTC Desire SHTC Desire XHTC Desire ZHTC EVO 3DHTC IncredibleHTC OneHTC One miniHTC One SHTC One SVHTC One VHTC One XHTC One X+HTC One XLHTC One® (M8)HTC RadarHTC RaiderHTC RhymeHTC SensationHTC Sensation XEHTC Sensation XLHTC TitanHTC Touch HDHTC Wildfire SHTC Windows Phone 8XHTC Windows Phone 8SHuawei Ascend D QuadHuawei Ascend D2 LTE (VoLTE)Huawei Ascend G510Huawei Ascend G740Huawei Ascend P1 U9200Huawei Ascend P2Huawei Ascend P6Huawei Boulder U8350LG A310LG Nexus 4 E960LG Nexus 5LG Optimus 3DLG Optimus GLG Optimus G ProLG Optimus L4 IILG Optimus L5LG Optimus L5 IILG Optimus L7LG Optimus L7 IILG Optimus L9LG Optimus LTE2 F160LV (VoLTE)LG Optimus F7LG Optimus F180S (VoLTE)LG Optimus Vu2 F200 (K, L, S) (VoLTE)LG Optimus Vu3 F300 (K, L, S) (VoLTE)LG Optimus GX F310L (VoLTE)LG Optimus G2 F320S (VoLTE)LG Optimus G Pro F240S (VoLTE)LG Optimus LTE III F260S (VoLTE)LG Optimus G Flex F340S (VoLTE)LG Optimus 3D Max (P720)LG Optimus 3D (P920)LG Optimus 4X HD (P880)LG Prada (P940)LG Prada 3.0Motorola QuenchMotorola RAZR (XT910)Motorola RAZR i (XT890)Motorola Moto GNokia 300Nokia 301Nokia 302Nokia 500Nokia 515Nokia 600Nokia 603Nokia 700Nokia 701Nokia 808 PureViewNokia 5230Nokia 5330 Mobile TV EditionNokia 5530 XpressMusicNokia 5630 XpressMusicNokia 5730 XpressMusicNokia 6260 SlideNokia 6600i slideNokia 6700 classicNokia 6700 slideNokia 6710 NavigatorNokia 6720 classicNokia 6760 slideNokia 6790 slideNokia 7230Nokia Asha 300Nokia Asha 301Nokia Asha 302Nokia Asha 303Nokia Asha 311Nokia C2–01Nokia C3–01 Touch and TypeNokia C5–03Nokia C5–04Nokia C6–00Nokia C6–01Nokia C7–00Nokia E5–00Nokia E52Nokia E55Nokia E6–00Nokia E63Nokia E7 CommunicatorNokia E7–00Nokia E71xNokia E72Nokia E73 ModeNokia Lumia 510Nokia Lumia 520Nokia Lumia 520.2Nokia Lumia 521Nokia Lumia 610Nokia Lumia 610 NFCNokia Lumia 620Nokia Lumia 625Nokia Lumia 710Nokia Lumia 720Nokia Lumia 800Nokia Lumia 810Nokia Lumia 820Nokia Lumia 822Nokia Lumia 900Nokia Lumia 920Nokia Lumia 920TNokia Lumia 925Nokia Lumia 925 Superman EditionNokia Lumia 925TNokia Lumia 928Nokia Lumia 929 LTE-A (Cat 4)Nokia Lumia 1020.2Nokia Lumia 1020 3GNokia Lumia 1020 LTENokia Lumia 1520Nokia N7Nokia N8Nokia N86 8MPNokia N9Nokia N97Nokia N97 miniNokia X3–02Nokia X5Nokia X6–00Nokia X7–00Samsung Galaxy StarSamsung Galaxy LightSamsung Ativ SSamsung Galaxy AceSamsung Galaxy Ace 2Samsung Galaxy ExpressSamsung Galaxy FameSamsung Galaxy MiniSamsung Galaxy Mini 2Samsung Galaxy NexusSamsung Galaxy NoteSamsung Galaxy Note IISamsung Galaxy Note 3Samsung Galaxy Note 10.1Samsung Galaxy S IISamsung Galaxy S IIISamsung Galaxy S4Samsung Galaxy S4 MiniSamsung Galaxy S5Samsung Galaxy S AdvanceSamsung Galaxy S PlusSamsung Galaxy WSamsung Galaxy YSamsung Omnia 7Samsung Omnia Pro B7350Samsung S5610Samsung Wave 3Samsung Trend PlusSony Ericsson ElmSony Ericsson HazelSony Ericsson Live with WalkmanSony Ericsson Xperia X8Sony Ericsson Xperia X10 MiniSony Ericsson Xperia X10 mini proSony Ericsson Xperia acroSony Ericsson Xperia activeSony Ericsson Xperia ArcSony Ericsson Xperia arc SSony Ericsson Xperia miniSony Ericsson Xperia Mini ProSony Ericsson Xperia neoSony Ericsson Xperia neo VSony Ericsson Xperia PlaySony Ericsson Xperia raySony Ericsson W995Sony Xperia A SO-04ESony Xperia acro SSony Xperia ESony Xperia E dual C1605Sony Xperia Go (ST27i)Sony Xperia i1 HSPA+ C6902Sony Xperia i1 LTESony Xperia ionSony Xperia JSony Xperia LSony Xperia MSony Xperia M35t (VoLTE)Sony Xperia miroSony Xperia PSony Xperia SSony Xperia SolaSony Xperia SPSony Xperia TSony Xperia TipoSony Xperia Tipo DualSony Xperia USony Xperia VSony Xperia ZSony Xperia ZLSony Xperia ZRSony Xperia Z1Sony Xperia Z1S (T Mobile US only)Sony Xperia Z1 Compact LTE-A D5503Sony Xperia Z2 LTE-A D6543/D6503TechFaith Wildfire 80ZTE Blade V880ZTE Crescent (San Francisco 2 on Orange)ZTE EraZTE F160 AtlantaZTE Grand XZTE Grand X INZTE OrbitZTE R252 / Orange TaraZTE Kis Pro / Orange ZaliZTE Skate (Monte Carlo on Orange)ZTE Smart Netphone 701ZTE TaniaZTE TMN smart A15
Проблемы распознавания Человеческая речь такова, что в радиоэфире и на узкой полосе аудиоспектра плохо различаются звуки «С» и «Ф». Также страдают пары «Т» и «П», «М» и «Н». Отсюда мнемонический системы с именами: «Диктую, номер два-ноль-ноль три Ольги, как понял, приём?». Отсюда же растут вещи вроде назначения наиболее ответственным частям позывных с «р» — например, снайпер, который ни в коем случае не должен перепутать свой позывной, скорее всего, будет «тридцать третьим», потому что в эфире это очень хорошо различимо в условиях узкой полосы.Также с HD-Voice растёт узнаваемость голоса. Это важно и для личного общения, и для набирающей популярность дополнительной аутентификации по голосу, к примеру, в банках.
