《语音信号处理》第7章语音编码.pptx

7.1概述

7.2语音信号压缩编码原理和系统压缩评价

7.3语音信号的波形编码

7.4语音信号的参数编码

7.5语音信号的混合编码;7.1概述;三种编码方式的比较;7.2语音信号压缩编码原理和系统压缩评价;语音编码依据之一：语音信号冗余度

基本时域冗余：

语音信号幅度非均匀分布性

语音信号样本间的强相关性

浊音语音段具有的准周期性

声道形状及其变化的缓慢性

静止系数（即语音间隙性）;

基本频域冗余：

从长时间的功率谱密度来看，语音信号具有强烈的非平坦性，存在着固定的冗余度。而且高频能量通常较低，恰好对应于时域上的相邻样本相关性。

从短时功率谱密度来看，语音信号在不同频率交替出现峰值（共振峰）与谷值。整个功率谱的细节基于基音频率形成高次谐波结构。;语音编码依据之二：人的听觉特点

人类听觉系统存在着掩蔽效应，即高声级单音会明显掩蔽临近频率声音。

对于不同频段的声音，人耳的敏感程度不尽相同。

人类对于语音信号的周期性（即音调）极为敏感，但对信号的相位却充耳不闻。

;语音编码中的几项关键技术

线性预测

线性预测传送整个反应过程变化的参数，其出发点在于跟踪波形的产生过程而非波形本身。基于全极点模型假设，使得语音信号编码的比特率得到有效的降低。

语音信号中存在的两点相关性

样点间的短时相关性

相邻基音周期之间的长时相关性

;;语音信号的短时相关性可用一个全极点模型来描述，其传输函数H（z）为：

;而滤波器;合成分析

合成分析原理

合成分析在编码器中加入综合器，并将其与分析器结合从而产生与译码器端相同的语音，而后根据误差原理调整使得误差最小化。

合成分析背景

16Kbps以下的高质量语音编码在当今得到极大关注，使得传统的量化方法对误差最小化已无能为力。因此，合成分析的方法被引入。;感觉加权滤波器

产生背景：理论与现实的出入

对于低码率（4~16Kbps）的语音编码，理论上的最小均方误差（MMSE）在实际应用时却因为人的听觉特点而障碍重重。在这种背景下，根据人耳的掩蔽效应设计的感觉加权滤波器得到了广泛的应用。

在实际应用中，共??峰处的噪声相对于能量较低处的频段更加不易被察觉，故高能量段处的误差要求不高。因此，感觉加权滤波器被提出，用以衡量语音间的误差。

;

此时，只需在高频段处较大，低频段处较小，就可以升高不敏感的高频段的误差，同时降低较敏感的低频段的误差，从而达到目的。;其传递函数为：

的作用就是使实际信号误差的谱呈现与语音信号类似的包络形状，从而在掩蔽效应的作用下在主观听觉上产生较好的效果。;语音压缩系统的性能评判指标

较为重要的性能评价准则

编码速率（比特率），决定了编码器工作时占用的信道带宽，要求尽可能降低。

编码器的顽健性，要求良好。

编码器的时延，要求最小化。

误码容限，要求保持较高值。

算法复杂度（包括运算复杂度与内存要求），影响硬件成本，尽可能降低。

算法可扩展性，越高越好。

;适用于低比特率语音编码质量的评价;7.3语音信号的波形编码;脉冲编码调制

形式一：均匀PCM

最简单最原始的波形编码方式，没有运用压缩技术，产生的比特率也极高，故在当今运用极少。

形式二：非均匀PCM

将信号进行非线性变换后再均匀量化，变换后信号具有均匀概率密度分布。编码时常采用对数变换压缩（译码时指数扩展）。;A律压缩扩张技术（中国标准）

μ律压缩扩张技术（北美及日本标准）

;形式三：自适应PCM;按照自适应参数的来源划分;自适应预测编码;根据信号量化噪声比的定义：

;自适应增量调制（ADM）

增量调制的基本方案：

增量调制方式将下一个语音信号与当前语音信号比较，如果高于当前值则系统编码1，否则系统编码0.

自适应增量调制的工作方式：

自适应增量调制随输入波形自适应的改变量化阶梯的大小，在信号平均斜率大时自动增大量化阶梯，反之减小。

;自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）

差分脉冲编码调制（DPCM）：

不同于DM的一位编码，DPCM多位量化对两个采样点之间的差分信号利用多位量化进行编码，使信息量得到压缩的同时降低了信道负载。

;+;子带编码（SBC）

子带编码原理：

子带编码属于频域编码，它首先将语音信号通过带通滤波器分割为若干频带（子带），而后对子带信号进行频谱平移变为基带信号，再利用奈奎斯特速率抽样，最后进行编码处理。

子带编码优点：

分带后可去除信号相关性，获得与时域一样的效果。

不同子带拥有不同比特数，可获得更佳主观听音质量。

各子带间量化噪音相互