第3章 语音压缩编码102第3章 语音压缩编码1024第3章 语音压缩编码1024第3章 语音压缩编码1024.ppt

语音压缩编码----1、概述 课程安排 背景介绍 DPCM和ADPCM SBC子带编码 VQ量化 背景介绍 课题背景 国内外研究现状 常用编码算法简介 语音编码发展方向 极低速率语音编码 比特率低于2400bps的编码 必威体育官网网址通信、语音邮件、网络通信、IP电话 变速率语音编码 在合成语音质量和系统容量中灵活折中 CDMA通信系统中，且前景广阔 不压缩语音编码 压缩费用超过传输费用 光纤通信、微波通信 压缩的意义 为什么需要压缩编码技术 PCM编码占用带宽大 8000Hz采样速率，每样本8位码 数码率：64kbps 有线传输中可以找到大容量传输介质：光纤 无线接入侧的频谱资源相当紧张 GSM频点分配 理论基础 定义： 低于64kbps的编码方案称为语音压缩编码 压缩依据 语音信号中存在的冗余 人类的听觉感知机理 信号冗余 采样数据之间的相关 8kHz速率时，相邻样值相关系数高达0.85 周期相关： 浊音的准周期性 幅度的非均匀分布 小幅度概率高，信息集中在低功率 语音间隙的存在 声道的形状及其变化速率有限 听觉感知机理 人耳对不同频段的声音敏感度不同 低频比高频更敏感 人耳对语音信号的相位不敏感 人耳有掩蔽效应(masking effect) 强音抑制弱音 语音编码的极限速率 语音最基本元素-音素:大约128～256个 通常说话速度：每秒平均发10个音素 信息率： I=[log2(256)10]bps=80bps 把发音看成是以语音速率传送，则语音编码的极限速率为80bps 从数字化标准的编码速率64kbps，到极限速率80bps之间的距离，压缩比可达64kbps/80bps=800 对于理论研究和实践有着极大的吸引力 压缩编码方法分类 波形编码 原理简单，失真小 数码率高 参数编码 数码率低 音质较差，复杂度高 混合编码 较低的比特率上获得较高的语音质量 语音信号压缩编码的评价系统 语音质量 （1）广播级: 宽带(0-7000Hz)高质量的语音，感觉不出噪声存在 （2）网络或电话级： 200Hz-3200Hz,信噪比大于30db。 （3）通信级: 完全可以听懂，但和长途电话相比，有明显失真。 （4）合成级： 80%-90%可懂度，音质较差，听起来像机器讲话，失去了讲话者的个人特征。 语音信号压缩编码的评价指标 编码质量 MOS(Mean Opinion Score) 编码速率 适当选取 编解码复杂度 不影响实时处理 编解码时延 不能超过100ms 若超过必须采取回声抵消或回声抑制等措施 内容提要 课题背景 国内外研究现状 常用编码算法简介 ITU-T的正式标准 G.711(1972) 64kbps PCM 用于固网 G.721(1984) 32kbps ADPCM 用于卫星、海缆、VRC G.728(1992) 16kbps LD-CELP 低延迟-码激励线性预测 无绳电话、SCSC卫星、海事卫星、DSI设备、录音、移动系统等 G.729(1996) 8kbps CS-ACELP(共轭结构-代数数码激励线性预测技术) 可与32kbps的ADPCM同质量 用于个人移动通信、低C/N卫星、高质量移动无线通信，分组语音 G.722.2 AMR-ACELP(自适应多速率) 用于WCDMA和TD-SCDMA系统 现状 主流：CELP(码激励线性预测） 4.8kbps的数码率上获得较高质量的语音 发展方向 中低速率的语音编码的实用化 降低复杂度 减少时延 提高抗干扰、抗噪声能力 进一步降低编码速率 目前5-6kbps的速率--较高质量重建语音 目标4kbps得到短时延、高质语音 发展方向 中长延时编码 400-1200bps得到高质语音 新算法 正弦变换编码（STC） 混合激励线性预测编码（MELPC） 时频域插值编码（TFI） 基音同步激励线性预测编码（PSELP） 新分析技术 非线性预测 多精度时频分析 高阶统计分析 内容提要 课题背景 国内外研究现状 常用编码算法简介 波形编码技术 参数编码技术 一、PCM编码 PCM：Pulse Coded Modulation 抽样：8000Hz 量化：非均匀A律87.6/13折线压扩特性 编码：8位码 极性码：第1位 段落码：第2-3位 段内码：第4-7位 二、DPCM编码 差分PCM编码 对相邻样本的差进行PCM编码 由于样本差值的动态范围远小于样本动态范围，因此达到相似性能可以减小编码位数 技术实现关键问题 编码位数的选取 预测器系数选取：LMS 三、ADPCM 自适应DPCM 自适应预测系数调整 自适应编码位数调整 技术实现关键 自适应预测器：指预测器的预测系数能随话音瞬时变化作自适应调整，从而得到高预测增益 自适应量化器：指量化器的量化级（阶距）能随话音瞬