【正文】 數(shù)字通信 第二章 語(yǔ)音編碼技術(shù) 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 2 第二章 信源編碼 ? ? ? ? ? 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 3 壓縮編碼概述 ? 一 .壓縮編碼原因 ? 信號(hào)的壓縮編碼是研究如何降低信號(hào)編碼速率的問(wèn)題。 ? 以語(yǔ)音信號(hào)為例，模擬形式下帶寬一般不到4KHz，經(jīng)過(guò)調(diào)制后，所需傳輸帶寬 不會(huì)超過(guò)8KHz。 ? 但是以 8KHz抽樣，并且每個(gè)樣值用 8位二進(jìn)制代碼表示時(shí)，即采用 A率 13折線 PCM數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信息速率為 64Kbit/s。利用二進(jìn)制理想基帶傳輸系統(tǒng)傳輸一路這樣的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)。所占系統(tǒng)的 最小帶寬為 32KHz。 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 4 壓縮編碼概述 ? 二、信源編碼技術(shù)的核心 ? 研究壓縮編碼算法，用盡可能低的傳信率獲得盡可能好的信號(hào)質(zhì)量。 ? 即在相同質(zhì)量指標(biāo)的條件下，降低傳輸速率，從而達(dá)到提高頻帶利用率的目的 ? 三、信源壓縮編碼方法的種類(lèi) ? 按照 處理方式的不同， 信源壓縮編碼的方法有： ? （ 1）概率匹配編碼 ? 根據(jù)編碼對(duì)象出現(xiàn)的概率分配不同長(zhǎng)度的代碼，以保證總的代碼長(zhǎng)度最短 ? 例：子帶編碼 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 5 壓縮編碼概述 ? （ 2）預(yù)測(cè)編碼 ? 利用信號(hào)之間的相關(guān)性，預(yù)測(cè)未來(lái)的信號(hào)，對(duì)預(yù)測(cè)的誤差進(jìn)行編碼 ? 例：（ DPCM， ADPCM） ? （ 3）變換編碼 ? 利用信號(hào)在不同函數(shù)空間分布的不同，選擇合適的函數(shù)變換將信號(hào)從一種信號(hào)空間變換到另一種更有利用壓縮編碼的信號(hào)空間，再進(jìn)行編碼。 ? （ 4）識(shí)別編碼 ? 分解文字，語(yǔ)音和圖像的基本特征，與匯集這些基本特征的樣本集對(duì)照識(shí)別，選擇失真最小的樣本編碼傳送。 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 6 ? 一、語(yǔ)音編碼的性能指標(biāo) ? （ 1）語(yǔ)音質(zhì)量 ? （ 2）編碼速率 ? （ 3）編解碼延時(shí) ? （ 4）算法復(fù)雜度 ? 二、語(yǔ)音編碼分類(lèi) ? 根據(jù) 編碼器的實(shí)現(xiàn)機(jī)理 ，語(yǔ)音編碼分成三大類(lèi)： ? （ 1）波形編碼 ? （ 2）參數(shù)編碼 ? （ 3）混合編碼 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 7 ? 波形編碼 ? 原理： 在信源端以波形逼近為原則對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣、量化、壓縮編碼，解碼端根據(jù)這些編碼后的數(shù)字序列恢復(fù)出語(yǔ)音信號(hào)的波形。 ? 優(yōu)點(diǎn)： 重建語(yǔ)音質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng)等。 ? 缺點(diǎn)： 信息量大，編碼速率高，一般在 16~64kbps之間 , 在傳輸時(shí)占用較多的帶寬資源 。 ? 類(lèi)型： PCM， DM,ADM(自適應(yīng)增量調(diào)制）， DPCM（差值脈沖編碼調(diào)制） ADPCM（自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制）子帶編碼（ SBC），自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼（ APC),自適應(yīng)變換編碼（ ATC)等 。 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 8 ? 參數(shù)編碼 ? 原理： 參數(shù)編碼是分析并提取信源信息模型中必要的、關(guān)鍵的但不是全部的特征參數(shù)，將上述參數(shù)信息通過(guò)采樣、量化、編碼，然后合成發(fā)送出去；在接收端通過(guò)接收到的參數(shù)取值的編碼，還原出信源信息。 ? 優(yōu)點(diǎn)： 壓縮比大，編碼速率低，傳輸帶寬占用少，一般在 。 ? 缺點(diǎn)： 計(jì)算量大，語(yǔ)音質(zhì)量差。 ? 類(lèi)型： LPC線性預(yù)測(cè)編碼，多帶激勵(lì)（ MBE）編碼，正弦變換編碼（ STC），混合激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ MELP） 。 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 9 ? 混合編碼 ? 原理： 混合編碼就是結(jié)合波形編碼和參數(shù)編碼的優(yōu)點(diǎn)，總體上使用參數(shù)編碼的保留低帶寬需求優(yōu)點(diǎn)，在重點(diǎn)的部分信息應(yīng)用波形編碼獲得較高質(zhì)量的合成語(yǔ)音，增強(qiáng)了語(yǔ)音的自然度。 ? 特點(diǎn)： 有一定抗噪和抗誤碼的性能，但時(shí)延較大。編碼速率可在 ~16kbs之間選擇。 ? 類(lèi)型 :子帶編碼，多脈沖線性預(yù)測(cè)編碼（ MPLPC）、規(guī)則脈沖激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ RPELPC）、碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ CELPC）、低時(shí)延的碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼（ LDCELPC） 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 10 ? 一、脈沖編碼調(diào)制（ PCM) ? 無(wú)壓縮的信源編碼 ? 二、差分脈沖編碼調(diào)制（ DPCM) ? ：降低編碼的比特率 ? ： ? 連續(xù)變化的信號(hào)，相鄰抽樣值有較大的相關(guān)性，冗余度大 ? 預(yù)測(cè)器就是利用前面的幾個(gè)抽樣值預(yù)測(cè)當(dāng)前的抽樣值 ? 顯然，兩者不能相等，但兩者之差值變化范圍就很小了 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 11 ? 僅傳輸此差值，可以使用少幾位的編碼，降低了比特率 量化 編 碼 d(n) x(n) － ＋ (n)x~預(yù)測(cè)器 d(n) ?預(yù)測(cè)值 差值 抽樣值 差值的量化值 d(n) ?…0,1,1,0,0… 信 道 譯碼 d(n) ?(n)x~x(n) ?預(yù)測(cè)器 重建信號(hào) 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 12 ? ? DPCM： Differential Pulse Code Modulation ? DPCM 是應(yīng)用廣泛的一種基本的預(yù)測(cè)編碼 ? DPCM 是 ADPCM (Adaptive DPCM) 的基礎(chǔ) 量化 編 碼 d(n) x(n) － ＋ (n)x~預(yù)測(cè)器 d(n) ?d(n) ?…0,1,1,0,0… 信 道 譯碼 d(n) ?(n)x~x(n) ?預(yù)測(cè)器 （ 1） d(n)越小，在相同的編碼位數(shù)時(shí)信噪比越高。 （ 2）收發(fā)端必須有相同的減去量 。 (n)x~ 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 13 ? ? 利用前面的幾個(gè)抽樣值來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的抽樣值，則稱(chēng)為預(yù)測(cè)。 ? 假如有一個(gè)信號(hào) x(t),用速率 1/TS進(jìn)行采樣，那么在時(shí)刻 t=nTs，我們可以掌握此前 N個(gè)樣值序列 x(nTsTs), x(nTs2Ts),……x(nT sNTs)。根據(jù)前 N個(gè)樣值對(duì) x(nTs)進(jìn)行預(yù)測(cè) ,定義為 : 1( ) ( )Ns i s six n T W x n T iT????Wi— 預(yù)測(cè)系數(shù) x(nTs)的預(yù)測(cè)值。 ()sx nTN— 預(yù)測(cè)階數(shù) 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 14 預(yù)測(cè)過(guò)程可用橫截濾波器實(shí)現(xiàn) 1( ) ( )Ns i s six n T W x n T iT????預(yù)測(cè)器模擬框圖 《 數(shù)字通信 》 聊城大學(xué)理工學(xué)院李曉紅 15 ? ? 線性預(yù)測(cè)網(wǎng)