【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 表 語(yǔ)音編碼的應(yīng)用 分類 頻率范圍Hz動(dòng)態(tài)范圍 采樣頻率k Hz質(zhì)量要求主要應(yīng)用電話語(yǔ)音 3 0 0 3 4 0 0 4 8 d B 8 清晰度 數(shù)字電話寬帶語(yǔ)音 5 0 7 0 0 0 8 4 d B 16 清晰度 揚(yáng)聲器電話I SD N 會(huì)議電視廣播音頻 1 0 2 0 k 9 6 d B 484 4 . 132保真度 音頻產(chǎn)品節(jié)目分配和交換數(shù)字聲廣播數(shù)字聲存儲(chǔ)視頻會(huì)議多媒體系統(tǒng)高質(zhì)量電視48 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 壓縮的必要性 類型 采樣率 KHZ 比特 / 樣點(diǎn) 比特率 k b / s 電話語(yǔ)音 8 12 96 寬帶語(yǔ)音 16 14 2 2 4 調(diào)頻廣播 32 16 5 1 2 CD 光盤 4 4 . 1 16 7 0 5 . 6 D A B/D A T 48 16 7 6 8 表 幾種類型信號(hào)的參數(shù) KB/s （一般了解） 49 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音壓縮依據(jù) 1) 冗余度 ?時(shí)域樣點(diǎn)之間相關(guān) （ 短時(shí) 、 長(zhǎng)時(shí) ） ?頻域譜的非平坦性 （ 譜包絡(luò) 、 譜離散 ） ?統(tǒng)計(jì)特性 2) 人耳聽覺特性 ?人耳分辨能力 ?人耳對(duì)不同頻段聲音的敏感程度不同 ， 通常對(duì)低頻比對(duì)高頻更敏感 ?人耳對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的相位不敏感 ?人耳掩蔽效應(yīng) Masking Effect … （一般了解） 50 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音壓縮依據(jù) 說(shuō)明： 對(duì)人耳聽不到或感知極不靈敏的聲音分量都不妨視為冗余 。 利用聽覺心理特性 … 、 感覺加權(quán) 、 量化 、 去除多余分量 、 后濾波 、 … 。 （一般了解） 51 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音編碼性能評(píng)價(jià)（ 1） 1) 編碼速率： （ Kbps、 Kb/s） 信號(hào)帶寬： 可懂度 、 自然度 、 透明度 。 200~3400Hz,50~7000Hz,10~20220HZ 采樣速率 ： 8KHz,16KHz,32KHz,。 編碼位數(shù) ： R（ b/樣點(diǎn) ） ， 總速率 I（ kb/s） 。 （一般了解） 52 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音編碼性能評(píng)價(jià)（ 2） 2） 重建語(yǔ)音質(zhì)量 ?客觀評(píng)價(jià)： ?信噪比 ?分段信噪比 （ 一般 15dB以上較好 ， 20dB以上相當(dāng)好 ） ? 主觀評(píng)價(jià) : MOS分 （ Mean Opinion Score） ? 5~1分： Excellent、 Good、 Fair、 Poor、 Bad ?如： 4分：長(zhǎng)途通信質(zhì)量 （一般了解） 53 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音編碼性能評(píng)價(jià)（ 3） 3) 編解碼延時(shí)（ ms） ? 公眾網(wǎng)（ 25ms） ? 回聲控制或回聲抵消 ? 正常通話秩序 ? 與重建質(zhì)量關(guān)系 4) 算法復(fù)雜度 ? 硬件、成本 ? 浮點(diǎn)、定點(diǎn) 5) 其他 ? 抗隨機(jī)誤碼和突發(fā)誤碼能力 ? 抗丟包和丟幀能力 ? 對(duì)不同信號(hào)編碼能力 ? 級(jí)聯(lián)或轉(zhuǎn)接能力 （一般了解） 54 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 本章主要內(nèi)容 1. 聲音概述 2. 聲音的數(shù)字化 3. 電子合成音樂 4. 語(yǔ)音編碼 5. 脈沖編碼調(diào)制 6. PCM應(yīng)用 7. 其它編碼方法 55 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 脈沖編碼調(diào)制 PCM ?概念：在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，連續(xù)測(cè)量信號(hào)的幅度值，并對(duì)測(cè)量值編碼。 ?原理 ：（ 見下圖） 量 化 器模 擬 聲 音濾 波 器低 通 波 形編 碼 器信 號(hào) 輸 入P C M 樣 本? ?nxtP C M 編 碼 框 圖56 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 脈沖編碼調(diào)制 PCM— 步驟 ? 三個(gè)步驟 : 1. 抽 樣 — 即采樣 2. 量 化 — 測(cè)量采樣值 3. 編 碼 — 對(duì)量化值進(jìn)行處理并記錄 57 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 PCM － 量化概念 定義：將幅度 連續(xù)變化的信號(hào) 變成 幅度離散信號(hào)的 處理過(guò)程稱為量化。 量化器的基本參數(shù) 1）量化范圍 如 [V1， V2]，語(yǔ)音信號(hào)為雙極性對(duì)稱信號(hào)，通常量化范圍是 [V， +V] 2） 量化級(jí)數(shù) N， 在 [V1， V2]內(nèi)分 N個(gè)段落 。 58 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 PCM － 量化參數(shù) 3） 量化間隔 ?i， 也稱量階 ， 量化級(jí) 4） 量化值 5） 編碼位數(shù) n， 二進(jìn)制編碼時(shí) ， 需滿足 2n ? N 6） 量化方法 均勻量化： 量化間隔相等； 非均勻量化：量化間隔不相等。 59 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 量化器特性 1） 量化器特性曲線：量化器的 輸入 和 輸出 之 間的關(guān)系曲線 2） 量化器誤差特性曲線：量化器的 輸入 與 量化誤差 之間的關(guān)系曲線 。 60 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 均勻量化器的特性曲線和誤差曲線 均勻量化器特性曲線 N= 8 ( Δ ) U q( 輸出 ) 3 . 5 2 . 5 1 . 5 0 . 5 U i 0 1 2 3 4( Δ ) 均勻量化器量化誤差曲線 量化誤差 ei Δ /2 U i Δ /2 61 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 均勻量化的特點(diǎn)及其應(yīng)用 特點(diǎn)： 1） 量化信噪比與信號(hào)功率成正比 2） 編碼位數(shù)多 。 應(yīng)用：用于信號(hào)分布范圍小且較均勻的場(chǎng)合 。 如遙測(cè) 、 遙控 、 儀表等方面 。 結(jié)論：在通信系統(tǒng)中 ， 語(yǔ)音信號(hào)不適合采用均勻量化編碼 改進(jìn)方法：采用非均勻量化。 62 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 非均勻量化 非均勻量化 基本思想： 在對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行量化時(shí)候，大的輸入信號(hào)采用大的量化間隔，小的輸入信號(hào)采用小的量化間隔。 非均勻量化有兩種方法 ： 1. ? 律壓擴(kuò) 2. A 律壓擴(kuò) 63 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 壓擴(kuò)－－壓縮與擴(kuò)展 壓縮與擴(kuò)張的過(guò)程如下 : 1. f(x)— 壓縮器 — 均勻量化 — 編碼 2. 譯碼 — 擴(kuò)張器 — f39。(x) 64 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 181。律壓縮律 1. 181。律壓縮律 181。律曲線為 μ 越大，小信號(hào)的壓縮律越高。 1||sg n)1l n (|)|1l n (???? xxxy??通 常 取 μ = 2 5 5 。65 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 A律壓縮律 2 . A律壓縮律 A律壓縮曲線為 ???????????????1||1s g nln1||ln11||ln1xAxAxAyAxAAxy 式中 s g n x 是符號(hào)函數(shù)， A = 8 7. 6 。 66 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 分段量化折線壓縮律 ? 由于連續(xù)曲線的壓縮律電路實(shí)現(xiàn)較為困難，通常用 折線 來(lái)近似。 ? 常用的有 A13折線和 181。15折線。 67 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 A13折線畫法 A13折線畫法如下： 1） x軸采用對(duì)折方式分 16份 2） y軸均勻分割 16份 3） 將 x,y軸對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)連接起來(lái) ， 得到 16段折線 。