在保证语音质量的前提下，一路语音数字信号可压缩到4.8 kb／s甚至更低，语音数字信号压缩技术的采用提高了有限的频率资源的利用率，节省了通信费用。民航卫星通信网TES(Telephony Earth Station)系统为节省卫星频率资源，在通信单元基带信号处理器对语音信号采用了CCITT推荐的G.721-ADPCM编码标准和RLPC编码处理，实现32 kb／s，16 kb／s，9.6 kb／s语音信号的压缩传输。
1 TES系统采用的语音信号压缩编码简介
1.1 G.721-ADPCM编码
TES系统采用CCITT推荐的G.721标准32 kb／s自适应差分脉冲编码调制，其原理是利用数字信号样值和样值之间的高度相关性由过去样值预测出当前样值，并将预测值与实际值的误差进行量化编程，同时根据数字信号的统计特性自适应地对量化量阶进行自动控制，形成自适应差分编码。编码译码器简化图如图1所示。
工作过程：编码器首先将模拟语音信号进行A／D变换，因为语音信号主要集中在0～3 kHz频率范围内，根据奈奎斯特取样定理，取样频率应大于等于信号频率的2倍，因此语音信号的取样频率为8 kHz，取样后可提高量化级的精细度，采用μ-律编码转换成8 b的脉冲信号，从而形成了8×8 kHz=64 kb／s的语音数字信号比特流S(k)信号，为了使编码器运行方便，将S(k)信号变成12位线性PCM码Si(k)信号。d(k)信号是由Si(k)和预测信号Sc(k)相减得到，在自适应量化器中先对d(k)做以2为底的对数运算，然后用定标因子进行量化，对运算结果进行4位编码产生输出信号I(k)，输出信号速率为4×8 kHz=32 kb／s。
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逆自适应量化器是具有与自适应量化器相同量化特性的，用来将输入的ADPCM信号I(k)变换成差分信号，根据过去样值Dq(k)和重构信号Sr(k)预测出当前信号值Sc(k)。自适应速度控制器根据输入信号I(k)的变化快慢情况自适应地输出速度控制因子ai控制定标因子Y(k)的变化。定标因子自适应器根据I(k)和ai的大小产生定标因子Y(k)，自适应地控制量化器和逆量化器。译码器功能将接收到的32 kb／s AD PCM码变换成64 kb／s PCM码，再由D／A变换形成模拟语音信号。32 kb／s ADPCM码I(k)经自适应逆量化器处理后产生差分信号dq(k)，dq(k)与预测信号Se(k)一起产生重构信号Sr(k)。Sr(k)经PCM转换器产生线性PCM码由同步编码调整后产生64kb／s的μ一律PCM码Sq(k)，由D／A变换后形成模拟语音信号。解码器的工作与编码器相似不再赘述，解码译码器简化图如图2所示。G.721-32 kb／s ADPCM编码方式已比较成熟，在实际2：1压缩比的情况下语音质量能满足一般通信和视听技术要求。
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1.2 RELP残余激励线性预测压缩编码
RELP编码目前广泛应用在VSAT(甚小口径地球站)系统中。RLPC编码是LPC(Linear Predictor Coding)编码的一种，利用分析语音信号波形来产生声道激励和转移函数参数。接收端不再具体呈现输入语音波形，而是使用语音合成器分析得到的参数来重构语音信号。
以简单的余弦信号传输为例来说明：设信号S(t)=Amcosω0t。其巾Am，ω0对接收机是未知的，如果我们设法将Am，ω0参数传输给接收机，则接收机可合成S(t)，而不需要传输整个波形。那么如何提取参数，我们可以选定取样间隔T0并对信号S(t)=Amcosω0t取样，得到S(n)=Amcos 2πf0nT0，因为只有两个未知数，根据二阶递推关系，样值间的关系为S(n)=aS(n-1)+bS(n-2)，S(n)，S(n-1)，S(n-2)等相邻样值，可以实际测量，因此得到以下公式：
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通过方程求解得a，b，即知道S(n-1)，S(n-2)后可以预测即将出现的取样值S(n)。故称a，b为线性预测参数。图3为余弦信号RLPC传输方式示意图，工作过程：将根据参数a，b得到的预测值S(n)相减得到差余信号：
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将ε(n)作为补充修正信息传输到接收端。在接收端接收到ε(n)和a，b参数，将ε(n)作为激励信号，a，b参数作为控制数字滤波器的控制信号，则可得到：
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这样可以将发送端看成获得a，b，ε(n)的分析过程，接收端为恢复S(n)的合成过程。由ε(n)的数值除个别值较大外，其他均很小，可以忽略。因此可以节省传输码率，实现较大的压缩比。实际语音信号可以看成是多个不同频率、不同相位余弦信号的合成，从而也可以从语音波形中抽取线性参数，并通过参数预测当前样值。在RELP编码器中使用过去p个样值来预测现时的样值S(n)，可以用过去p个样值线性组合来表示：
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选择参数{ai}可以使预测值更逼近实际值，但总存在误差
，并称ε(n)为残余，同样将ε(n)也作为激励信号，并取其低频部分进行编码传输，这样取样频率可以做的很低，从而降低了码率，在收端经变频再生处理，恢复出全部的ε(n)信号。其RELP编码器器示意图如图4所示。这种编码方式在16 kb／s，9.6 kb／s速率传输语音可以得到较好的语音质量。
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2 TES系统语音信号压缩的实现
TES系统语音信号的处理在信道单元CU板中完成，CU板组成框图如同5所示。
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模拟语音信号通过电话接口接人CU板，在接口电路中将模拟语音信号按照CCITT G.711规定，用速率8 kHz的取样信号对语音信号取样，把取样得到的信号进行μ-律编码方法转成8 b脉码信号，即将模拟语音信号转换成64 kb／s数字比特流，在基带信号处理器对64 kb／s数字比特流可采用两种压缩方式：ADPCM编译码方式满足CCITT的G.721编码规则，将64 kb／s PCM信号压缩到32 kb／s较低速率信号；由修斯公司开发的RELP压缩方式将64 kb／s PCM信号压缩成16 kb／s或9.6 kb／s两种数字比特流，压缩方式的选择由控制处理器控制。
3 结 语
TES系统采用的语音信号压缩技术实际为2：1，4：1，6：1的压缩，节省了频带资源，提供了良好的语音传输效果。相比较32 kb／s ADPCM编码语言质量将优于RELP编码，但压缩比不高。随着通信技术的不断发展，压缩方式不断改进，压缩比不断提高，相信通过压缩的低速率视频信号、静止图像信号、视频会议等信号可以在TES系统上传输。