语音编码技术.ppt

第2章　语音编码技术 第2章　语音编码技术 本章主要内容 ●语音编码方法、性能及标准 ●语音信号的采样和量化 ●语音模型和LPC声码器 ●数字音频编码标准 ●语音编码器的实时实现 2.1　引言 ●语音、图像采集 ●语音波形 语音波形 语音波形 语音波形 语音波形 ●语音、图像属模拟信号范畴。 ●语音、图像通过编码实现数字化是必然趋势。 ●数字化的语音和图像需要用较高的数码率，需占用较大的带宽和存储空间。 ●压缩数字化语音和图像信号的数码率是实现语音和图像通信数字化的关键。 ●编码技术的核心就是研究压缩编码算法．用尽可能低的数码率获得尽可能好的语音和图像质量。 ★压缩编码的3类方法 (1) 概率匹配编码：根据编码对象出现的概率分别给予不同长度的代码，以保证总的代码最短. (2) 变换编码：将信号从一种信号空间变换到另一种更有利于压缩编码的信号空间，然后进行编码. (3)识别编码：分解文字、话音、图形和图像的基本特征，与汇集这些基本特征的样本集对照识别，选择失真最小的样本编码传送。 ★变换编码分为两类. ●一类是预测变换，利用信号的相关性，预测将来的信号，对预测的误差(余量、残差)进行编码。 ●另一类是函数变换，利用信号在不同函数空间分布的不同，选择合适的函数变换后进行编码。 ※有的文献只将函数变换编码称为变换编码，而将预测变换称为预测编码。 ※本章主要研究的对象是电话语音信号 带宽：300Hz——3400Hz ※宽带语音及声频信号编码方法要求不同 2.2? 语音编码方法、性能及标准 2．2．1? 语音编码的方法 语音信号编码分别沿着两个方向发展： 一个方向是从语音信号波形的特点出发，对波形的采样值，或其预测值，或其预测误差值进行编码，称为语音信号的波形编码。 另一个方向是从语音信号的产生机理出发，构造语音信号的模型，提取描述语音信号的特征参数，对模型参数或其预测值进行编码、称为参数编码或模型编码。 三类语音编码器 ●波形编码 ●参数编码 ●混合编码 ★波形编码 波形编码以重构语音波形为目的，力图使重建语音波形保持原话音信号的波形。 编码时用数据表示语音信号的时间波形，在解码端通过重构与原始语音信号相似的波形来得到近似的话音。 —般具有适应能力强、话音质量好等优点，但所需用的编码速率高。 如脉冲编码调制(PCM)。自适增量调制(ADM)、自适差分编码(ADPCM)、自适预测编码(APC)、子带编码(SBC、自适应变换编码(ATC)等都属于这类编码。 它们能在64Kb／s一16Kb／s的速率上获得较高的编码质量。 ★参数编码 参数编码不以重构原始信号波形为目的． 它将语音信号分段，提取能表征语音段特征的参数、在解码端重构一个新的有相似声音但波形不尽相同的语音信号。 声码器所用的参数，有的表明声音的短时谱、有的描述语音产生的数学模型。 编码速率低，可以低到2.4Kb／s以下，甚至达到800 b／s。 传统声码器由于参数较少，难以重新产生与原始语音相近的声音，合成的语音质量差． 通道声码器、共振蜂声码器以及线性预测声码器是传统的参数编码器。 ★混合编码 结合了原有波形编码器质量好和声码器速率低的持点．克服了它们各自的弱点，称为混合编码算法。 最典型的算法都利用线性预测(LP)，采用分析合成方法(Analysis—by—Syntheie,AbS)构成． 能在4Kb／s一16Kb／s的中速率上得到高质量合成语音． 如多脉冲激励线性预测编码(MPLPS)、规则脉冲激励线性预测编码(RPELPC)、码本激励线性预测编码(CELP)等。 混合编码算法 80年代以来，低速率(1.2Kb／s一4Kb／s)的参数编码技术也在迅速发展，对传统声码器不断改进，提出了一些新的语音模型和方法， 如混合激励线性预测(MELP)声码器、正弦变换编码器(STC)和多带激励(MBE)声码器。 有的声码器已经可以在2.4Kb/s速率提供满足通信质量的语音。 2.2.2? 语音编码性能的评价 语音编码的性能可以从4个方面来评价 ●比特率 ●语音质量 ●信号延时 ●复杂度。 １．语音编码质量 数字通信中，语音质量可以分为广播级质量、长途通信质量或称网络质量、通信质量以及合成语音质量等4级。 4 级语音质量 ●广播级质量是高质量的宽带(8kHz)广播解说语音。 ●长途电话质量或网络质量是指和传统的电话带宽语音信号(300 Hz一3400 Hz)相当的质量。 ●通信质量是指语音质量有点下降，但仍然保证足够高的自然度和可懂度，可满足大多数专用通信要求。 ●合成语音质量是指语音保持足够高的可懂度，但自然度及讲话人辨认等方面不够好，一般当编码速率低于4Kb／s或2.4Kb／s时，产生合成语音质量 话音编码研究的目标 ●在4Kb／s时达到长