AMR-NB je úzkopásmový řečový kodek 3GPP, který dynamicky přizpůsobuje svou přenosovou rychlost, aby udržel kvalitu hlasu při různých podmínkách přenosového kanálu. Je základním prvkem pro hlasové služby v sítích GSM, UMTS a LTE.

Popis

AMR-NB je víceúrovňový řečový kodek využívající technologii Algebraic Code Excited Linear Prediction (ACELP) s osmi diskrétními přenosovými rychlostmi: 4,75; 5,15; 5,90; 6,70; 7,40; 7,95; 10,20 a 12,20 kbps. Kodek pracuje s 20ms rámci řeči, z nichž každý obsahuje 160 vzorků při vzorkovací frekvenci 8 kHz. Každý rámec je zpracován sérií stupňů zpracování signálu včetně analýzy lineárního prediktivního kódování (LPC), analýzy výšky tónu (pitch) a prohledávání algebraického kódového slovníku za účelem vytvoření komprimované reprezentace řeči.

Architektura se skládá z kodéru, který analyzuje řečové signály za účelem extrakce parametrů včetně LPC koeficientů, parametrů adaptivního kódového slovníku (pitch lag a zesílení) a parametrů pevného kódového slovníku (indexy algebraického kódového slovníku a zesílení). Dekodér rekonstruuje řeč pomocí těchto parametrů prostřednictvím syntetického filtru, který kombinuje excitační signál z obou kódových slovníků. Kodek zahrnuje mechanismy detekce hlasové aktivity (VAD) a nespojitého přenosu (DTX) pro snížení přenosu během období ticha, což významně šetří síťové zdroje.

AMR-NB implementuje adaptaci rychlosti řízenou zdrojem, kdy síť může nařídit mobilní stanici přepínání mezi různými módy kodeku na základě měření kvality kanálu. Tato adaptace probíhá na vrstvě řízení rádiových prostředků (RRC), přičemž změny módu typicky nastávají na hranicích rámců. Kodek zahrnuje generování komfortního šumu (CNG) během DTX period, aby byla zachována přirozeně znějící pauza a předešlo se dojmu přerušení hovoru. Mechanismy maskování chyb pomáhají udržet přijatelnou kvalitu hlasu při ztrátě rámců extrapolací parametrů z předchozích nepoškozených rámců.

V síťové architektuře AMR-NB primárně funguje v uživatelské rovině mezi mobilním terminálem a mediální bránou jádra sítě. Pro přepojované hovory (circuit-switched) kodek zpracovává řeč v základnovém procesoru terminálu a přenáší ji přes rozhraní vzduchu. V implementacích s přepínáním paketů, jako je VoLTE, jsou rámce AMR-NB zapouzdřeny v paketech RTP/UDP/IP pro přenos přes IP multimediální subsystém (IMS). Interoperabilita kodeku se staršími systémy je zachována prostřednictvím transkódovacích funkcí v mediálních branách při připojení k PSTN nebo jiným sítím.

K čemu slouží

AMR-NB byl vyvinut, aby řešil omezení dřívějších řečových kodeků GSM (Full Rate, Half Rate a Enhanced Full Rate), které pracovaly s pevnými přenosovými rychlostmi a nemohly se přizpůsobit měnícím se rádiovým podmínkám. Předchozí kodeky buď poskytovaly dobrou kvalitu, ale s neefektivním využitím spektra, nebo šetřily šířku pásma na úkor kvality hlasu. Přístup s pevnou rychlostí znamenal, že sítě musely být dimenzovány na nejhorší podmínky, což vedlo k neefektivnímu využití zdrojů.

Hlavní motivací bylo vytvořit kodek, který by dokázal udržet konzistentní kvalitu hlasu při různých podmínkách kanálu a zároveň optimalizovat spektrální účinnost. Díky možnosti dynamického přepínání rychlostí umožňuje AMR-NB sítím v reálném čase hledat kompromis mezi kvalitou hlasu a kapacitou kanálu. Tato přizpůsobivost byla obzvláště důležitá, když se mobilní sítě rozšiřovaly do oblastí s náročným rádiovým prostředím a když rostla hustota účastníků, což vytvářelo tlak na omezené spektrální zdroje.

AMR-NB také řešil potřebu univerzálního řečového kodeku, který by mohl fungovat napříč různými generacemi sítí a usnadňovat mezinárodní roaming. Jeho návrh zohledňoval zpětnou kompatibilitu s existující infrastrukturou a zároveň poskytoval migrační cestu k efektivnějším hlasovým službám. Víceúrovňové možnosti kodeku umožnily operátorům implementovat různé politiky kvality služeb a optimalizovat své sítě na základě konkrétních scénářů nasazení a obchodních požadavků.

Klíčové vlastnosti

• Osm diskrétních přenosových rychlostí od 4,75 do 12,2 kbps pro flexibilní kompromisy mezi kvalitou a šířkou pásma
• Technologie kódování Algebraic Code Excited Linear Prediction (ACELP) pro vysokou kvalitu řeči
• Dynamická adaptace rychlosti na základě podmínek kanálu řízená síťovými příkazy
• Detekce hlasové aktivity (VAD) a nespojitý přenos (DTX) pro kompresi období ticha
• Generování komfortního šumu (CNG) během období ticha pro zachování přirozeného průběhu konverzace
• Robustní mechanismy maskování chyb pro podmínky ztráty rámců

Související pojmy

• AMR-WB – Adaptive Multi-Rate Wideband Speech Codec

Definující specifikace

• TR 22.813 (Rel-10) — Enhanced Voice Services for EPS Study
• TS 26.114 (Rel-19) — IMS Multimedia Telephony Media Handling
• TS 26.177 (Rel-19) — DSR Extended Advanced Front-end Test Sequences
• TS 26.447 (Rel-19) — EVS Frame Loss Concealment Procedure
• TR 26.935 (Rel-19) — Speech Codec Performance for Packet Switched Multimedia
• TR 26.943 (Rel-19) — SES Codec Selection Report

📖 Anglický originál a plná specifikace: AMR-NB na 3GPP Explorer