语音信号压缩μ率.docVIP

1语音信号压缩（μ律）原理 1.1语音信号编码 概念：语音编码一般分为两类：一类是波形编码，一类是被称为“声码器技术”的编码。PCM编码即脉冲编码调制。波形编码的最简单形式就是脉冲编码调制（Pulse code modulation），这种方式将语音变换成与其幅度成正比的二进制序列，而二进制数值往往采用脉冲表示，并用脉冲对采样幅 度进行编码，所以叫做脉冲编码调制。 脉冲编码调制没有考虑语音的性质，所以信号没有得到压缩。 量化脉冲编码调制用同等的量化级数进行量化，即采用均匀量化，而均匀量化是基本的量化方式。但是均匀量化有缺点，在信号动态范围较大而方差较小的时候，其信噪比会下降 。 国际上有两种非均匀量化的方法：A律和μ律，μ律是最常用的一种。在美国，7位μ律是长途电话质量的标准。 而我国采用的是A律压缩，而且有标准的A律PCM编码芯片。 DPCMADPCM ：降低传输比特率的方法之一是减少编码的信息量，这要消除语音信号中的冗余度。相邻的语音样本之间存在明显的相关性，因此对相邻样本间的差信号进行编码，便可使信息量得到压缩。因为差分信号比原语音信号的动态范围和平均能量都小。这种编码叫Differential PCM,简称DPCM，即差分脉冲编码调制。 ADPCM即自适应差分脉冲编码调制，是包括短时预测的编码系统。CCITT（国际电报电话咨询委员会）在1984年提出的32 kbit/s的编码器建议就是采用ADPCM作为长途传输中的国际通用语音编码方案。这种ADPCM编码方案达到64 kbit/s PCM的语音传输质量，并具有很好的抗误码性能。 VSELP/QSELP CS-ACELP 13.2 16/8/4/2/1 8 ISDN,会议电视 1 G.722 SB-ADPCM 64/56/48 VCD 32/48 ISO/IEC10149 MPEG1 192/128/96 表1 .1　 波形编码：直接对语音时域或频域波形样值进行编码。PCM，ADPCM，SBC，ATC 参数编码：对人类语音的生成模型的参数进行编码。 混合编码：结合波形编码和参数编码。MPLPC，RPE/LTP，CELP，VSELP 可变速率编码：G.727嵌入式编码 无失真编码。霍夫曼编码 ADPCM工作原理 自适应地改变量化幅值 确定好量化幅度的最大值和最小值 1.3语音信号的μ律压缩 1.3.1量化方法概述 　　所谓量化就是把抽样信号的幅度离散化的过程。根据量化过程中量化器的输入与输出的关系,可以有均匀量化和非均匀量化两种方式。均匀量化时，由于对编码范围内小信号或大信号都采用等量化级进行量化，因此小信号的“信号与量化噪声比”小，而大信号的“信号与量化噪声比”大，这对小信号来说是不利的。为了提高小信号的信噪比，可以将量化级再细分些，这时大信号的信噪比也同样提高，但这样做的结果使数码率也随之提高，将要求用频带更宽的信道来传输。采用压缩的量化特性是改善小信号信噪比的一种有效方法。它的基本思想是在均匀量化前先让信号经过一次处理，对大信号进行压缩而对小信号进行较大的放大。由于小信号的幅度得到较大的放大，从而使小信号的信噪比大为改善。这一处理过程通常简称为“压缩量化”，它是用压缩器来完成的。压缩量化的实质是“压大补小”，使小信号在整个动态范围内的信噪比基本一致。在系统中与压缩器对应的有扩张器，二者的特性恰好相反。 目前常用的压扩方法是对数型的A压缩律和μ压缩律，其中μ压缩律公式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1.1) 图1.1 μ律压缩特性曲线 其中x为归一化的量化器输入，y为归一化的量化器输出。常数μ愈大，则小信号的压扩效益愈高，目前多采用μ＝255。μ律压缩特性曲线如图1.1所示。 1.3.2 μ 255/15折线压缩律　　μ律压缩曲线是连续曲线。μ值不同，压缩特性也不同。要设计电路来实现这样的函数是相当复杂的；而且采用非线性量化法时，要用压缩规律所规定的判定值直接和信号相比较，以确定信号所在量化级并直接作相应编码，那是不容易的。为了使所需数字电路容易实现，就要求相邻的判定值或量化间隔能成简单的整数比(通常为2倍比)，而这一要求用平滑和连续变化的非均匀量化律是不容易满足的。但如果采用若干段折线组成的非均匀量化压缩律就很容易实现。因此，就发展了用折线逼近μ律和A律非均匀量化折线压缩方式。 255/15律折线压缩方式是将μ律曲线分16段做弦，当相邻折线段的段距比值为2时，可以很好地逼近μ＝255的μ律压缩曲线的特性。实际上由于在原点两侧的第一条折线都通过原点，斜率相同而对称，所以合成了一条折线，因而实际上总共只有15条折线。因此，这种折线压缩律就称为μ255/15折线压缩律，如图2所示 图1.2 　μμ 律压缩 一个