第5章 语声信号的数字化编码.ppt

5.1 语声信号编码的基本概念及分类一.基本概念 5.3 增量调制 增量调制的优点： (1) 在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM的 量化信噪比； (2) 增量调制的抗误码性能好。能工作于误码率为10-2 ~ 10-3 的信道中，而PCM要求误比特率通常为10-4 ~ 10-6； (3)增量调制的编译码器比PCM简单。 5. 4 自适应差分编码调制(ADPCM) 一个语音信号波形的相邻抽样值具有很强的相关性，自适应差分脉冲编码调制就是依据相邻抽样值的相关性进行编码的方式。因此它能有效地消除语音信息中地冗余度，即实现语音压缩编码。研究表明，ADPCM是语音压缩编码技术中较简单实用的一种方法。 ADPCM是在差分脉码调制DPCM基础上逐步发展起来的，因此我们首先介绍DPCM的编码原理。 5. 5 子带编码 通常把低于64kbit/s的语音编码方法称为语音压缩编码技术，其方法很多，如前节介绍的自适应差分脉码调制(ADPCM)、自适应增量调制（ADM）、子带编码（SBC）、矢量量化编码（VQ）、变换域编码ATC、参量编码（声码器）等。 5.5.1 子带编码的基本概念与工作原理 子带编码的编码/译码原理框图如图5.33所示。 子带编码（SBC）首先用一组带通滤波器将输入频谱分成若干个频带，称为子带；每个子带再分别利用自适应脉冲编码调制（APCM）进行编码。编码后再将各个比特流复接，传到收端再将它们分接、解码、组合恢复原始信号。 这类编码方式称为频域编码。 5.5.3子带编码的比特分配及编码速率 假定图5.33中各带通滤波器为理想带通滤波器，第i个(i=1，2，…，M)带通滤波器输出信号的频带限制在fi＝Fi－Fi-1内，则带通滤波器输入信号（编码信号）的总带宽为： 对于等带宽子带编码：B=M fi 5.6 参量编码 参量编码的原理和设计思想与波形编码完全不同。波形编码的基本思路是再现话音的时域波形。 语音参量编码是在语音信号的某一特征空间(如时域波形)中提取表征声道和声源激励的有关特征参量，然后利用参量量化过程生成码字进行传输。在接收端将码字还原成特征参量，再利用这些特征参量通过模型合成出语音信号。将特征参量编码、传输、解码的系统，称为声码器(Vocoder)。 5.6.1 线性预测编码（LPC）的基本概念 （1） 语音产生过程的物理模型 整个发音过程可分为两个步骤建立模型。第一步为激励。由横膈膜压迫肺部产生气流，通过声带振动产生周期性的有声音或由湍流产生无声音。第二步为响应。由舌、唇、齿等口部器官来控制口、鼻腔构成的时变有损谐振器，产生不同的频率响应，可由线性时变滤波器来模拟。 （2） 线性预测编码（LPC） 线性预测分析法可以十分精确地估计语音参数，而且计算速度快，获得了广泛的应用。线性预测是指一个语音抽样值可用该样值以前若干语音抽样值的线性组合来逼近。 浊音由周期性脉冲串激励产生，清音由随机噪声激励产生，在运行中由浊音/清音判别来转换开关。 目前，GSM系统采用RPE-LTP的线性预测编码方式。其在13kbit/s码上得到相当好的语音编码质量，同时抗误码性能也较好，在不加任何纠错措施情况下，对于10-3误码率，编解码质量基本不下降。加纠错措施后，总比特率为22.8kbit/s，误码率为10-1的情况下，语音质量下降不多。它采用了分帧处理，编解码延时约为30ms。 5.6.2 LPC-10声码器 图 5.26 Δ-Σ调制系统方框图 Δ-Σ调制的特点: ΔM调制代码反映着相邻两个抽样值变化量的正负，这个变化量就是增量, 增量又有微分的含义。二进制代码携带输入信号的增量信息， 即微分信息，因此只需对增量信息做积分就可以恢复成输入信号。  Δ-Σ调制的代码是信号先积分，再进行ΔM调制。这样Δ-Σ代码携带的是信号积分后的微分信息。由于微、积分相互抵消，因此携带的是输入信号的振幅信息。此时收端只要加一个滤除外噪声的低通滤波器即可恢复传输信号了。 从过载特性看，前面已得到ΔM调制的Amax为： 它与fk有关，Amax随信号频率fk增大而减小，此时信噪比也将减小。  而Δ-Σ调制中，由于先对信号进行积分，再进行ΔM调制，因此有： Δ-Σ系统具有与ΔM系统相似的缺点，即动态范围小。造成这个缺点的原因是由于量化阶是固定不变的量，因此引入自适应增量调制(ADM)和脉码增量调制(DPCM)等改进型增量调制系统。 2、数字音节压扩自适应增量调制 根据信号斜率的不同采用不同的