Kódování řeči je velmi významná součást každé digitální technologie operující se zvukem. Zvuk je ze své přirozené analogové podoby převáděn do digitální podoby, do podoby čísel a později je přeměněn opačným směrem zase ve zvuk, který můžeme poslouchat. Aby kvalita zvuku byla co nejvyšší a zároveň aby jeho přenos vyžadoval co nejmenší šířku pásma, tedy aby mohl být co nejefektivnější, je velmi důležité kódování (tzv. kodek). Kvalita kodeku je přímo úměrná výsledné možnosti přenosu hlasu a kvality jeho reprodukce. Úkol pro tvůrce kodeků je přitom docela jednoduchý: vytvořit kodek, který při co nejmenším nároku na velikost výsledného souboru (nebo na šířku pásma) reprodukuje zvuk co nejvěrněji. V mobilních sítích je to velmi důležité, protože tyto sítě zpravidla musí se šířkou pásma co nejpečlivěji šetřit. Ovšem tento úkol je jednoduchý jen zdánlivě, ve skutečnosti dá opravdu hodně práce.
Nyní už o něco techničtěji. Původní technologie kódování řeči používané v GSM sítích, tedy FR, EFR a HR (u nás se nepoužívá, slouží k úspoře kapacity a zhoršuje kvalitu zvuku) jsou kodeky s konstantní bit rate, tedy s konstantní bitovou rychlostí. Tyto technologie jsou založeny na knihovně 160 vzorků řeči a z toho vyplývá, že nejlepších výsledků dosahují při přenosu řeči. Full Rate (FR) ovšem potřebuje k přenosu řeči rychlost 13 kbps (založeno na kodeku RPE-LTP: Regular Pulse Excition - Long Term Prediction), zatímco Half Rate (HR) s horší kvalitou řeči 5,6 kbps je založeno na kodeku VSELP (Vector Sum Excited Linear Prediction).
S vývojem procesorů pro mobilní telefony i algoritmů kodeků vyvstala potřeba zlepšit přenos řeči, technologie FR a HR přestaly dostačovat. Kvalitativním skokem je technologie EFR, ta ale nebyla schopna uspořit kapacitu sítě. Pro svoji funkci potřebuje konstantní rychlost 12,2 kbps a je založena na progresivním kodeku ACELP (Algebraic Code-Excited Linear Prediction). Nová technologie AMR se objevila poprvé v GSM Release 1998 a v současné době představuje špičku pro přenos zvuku v mobilních sítích. Specifikace GSM 6.90 obsahuje popis AMR, zatímco GSM 6.73 obsahuje Ansi C algoritmus AMR. Pokud si tedy nevystačíte s tímto článkem o AMR, můžete jít studovat přímo ETSI dokumentaci anebo si přímo jít hrát se zdrojovým kódem kodeku.
AMR je v podstatě implementací myšlenky proměnlivé bitové rychlosti do EFR. Důvod je jednoduchý. Značných úspor v kapacitě přenosu lze dosáhnout tím, že v době, kdy není nutno alokovat plnou přenosovou kapacitu 12,2 kbps, je bitová rychlost snížena. Například v okamžiku, kdy nehovoříte (například posloucháte protistranu), není potřeba vlastně žádnou informaci přenášet, kromě zanedbatelného šumu pozadí. V takovém okamžiku je možné objem přenášených dat snížit na minimum nebo dokonce pouze posílat informaci o tom, že není vysíláno. AMR tedy v podstatě používá celkem osm různých bit rate kodeku (včetně EFR), a to na rychlostech 12.2, 10.2, 7.95, 7.40, 6.70, 5.90, 5.15 a 4.75 kbps. Automaticky se volí optimální rychlost pro kodek.
Nejkratší časový úsek, rámec, má 20 ms a je rozdělen do čtyř subrámců po 5 ms. Pro každý tento rámec může být zvolena jiná přenosová rychlost, a tedy AMR může reagovat na změnu podmínek prakticky každých 20 ms.
Fungování AMR kodeku není příliš jednoduchá záležitost a podrobné vysvětlení přesahuje rámec tohoto článku - zájemce o nejhlubší detaily oidkážu na GSM specifikaci. Jest to hutné počtení, ve kterém se dozvíte, jak AMR pracuje s knihovnou samplů, vzorků, jak se rozhoduje o aktuální přenosové rychlosti, jak se brání zhoršení kvality přenosu například balancí ozvěny atd. Je to celkem 58 stran stručného popisu a cca. 500 KB zdrojových kódů.
Podívejme se na další výhody kromě proměnlivé bit rate, jež AMR přináší.
DTX - DiscontinuousTtransmission
Funkce DTX není neznámá a byla již dříve používána, v AMR je ale používána zcela systematicky. Jde o funkci, která vypíná vysílání zvuku v případě, že jedna strana nehovoří (což je cca. 50% případů). Tím se dost podstatně šetří baterie mobilního telefonu a samozřejmě také kapacita sítě (odstranění rizika interference a ušetřená polovina přenosové kapacity). Funkce je efektivní především na delším časovém úseku.
Voice Activity Detection (VAD)
Tato funkce je schopna určit, který z rámců dlouhých 20 ms obsahuje hovor a který nikoliv. Tato funkce je oproti DTX efektivní na velmi krátkých časových úsecích (od 20 ms).Asi vás už napadlo, co se děje v okamžiku, kdy spořící funkce VAD a DTX vypnuly nosnou vlnu a tedy není hovor přenášen. Ve sluchátku by teoreticky mělo být naprosté ticho i bez přirozeného šumu pozadí a působilo by to značně nepřirozeně. Tomu předchází funkce Comfort Noise Insertion, která v takovém momentě posílá do sluchátka přirozený šum pozadí, jenž ovšem nemusí být přenášen.
Další výhodou AMR je schopnost samoopravy chyby při přenosu. Pokud se jakoukoliv vinou nepřenese nějaký rámec korektně a není použitelný, AMR je schopno tento rámec nahradit jiným dříve přeneseným rámcem, u něhož dojde k názoru, že je podobný rámci chybně přenesenému. Ne vždy to chybu odstraní dokonale, v mnoha případech ale člověk nepostřehne, že k chybě došlo. Právě díky této samoopravné funkci je AMR podstatně výhodnější v oblastech se slabším signálem, kde umí AMR zaretušovat problémy sítě. Pokud jsou ale problémy sítě hlubší, ani AMR nepomůže.
Jak již bylo řečeno, technologie AMR je vlastně rozvinutím a doplnění EFR o možnost proměnlivé rychlosti kódování a samoopravného algoritmu. Každý AMR telefon tedy umí EFR, obráceně to ale neplatí. Pokud RadioMobil argumentuje tím, že díky nákupu AMR přišel levně k funkcionalitě EFR, má pravdu - prodat AMR bez EFR dost dobře nejde.
Mobilní telefon vybavený AMR musí mít jak větší paměť, tak rychlejší procesor, jenž nároky kladené AMR zvládne. Ceny procesorů i pamětí ale klesají, a tak úspora až čtyř watů vysílacího výkonu je lákadlem k rozšíření hovorového času každého nového telefonu. Současně s tím se nabízí možnost (respektovaná v EDGE/GERAN architektuře a UMTS sítích) uspořit také kapacitu sítě.
Dosti podstatnou nevýhodou AMR v současné době je bohužel absence mobilních telefonů AMR podporujících. Podle nejoptimističtějších odhadů přijdou AMR telefony na trh koncem roku 2001 a ani jeden z dnes ohlášených telefonů (jako je Ericsson R520) podporu AMR neohlásil. Na praktické využití AMR se tedy můžeme těšit až na rok 2002. Na to jsme vás ale upozorňovali počátkem roku 1999, takže to pro vás není žádné překvapení (12.1.1999 - RadioMobil se na EFR technologii nechystá).
