【正文】 。ADPCM充分利用了語音波形的統(tǒng)計特征和人耳聽覺特性 ,其設(shè)計思路主要瞄準(zhǔn)了兩個目標(biāo) :a: 盡可能去掉語音信號中的冗余信號b:以有效的方式將可用比特分配給語音信號對消除冗余后的信號 ,從自適應(yīng)角度進(jìn)行最佳編碼(1).極點預(yù)測器(用重建信號 x(n)進(jìn)行的預(yù)測）+ 量化器預(yù)測器 +X(n)X(n)d(n) d(n)編碼X(n)P（ Z） X（ n）a:極點預(yù)測器的ＤＰＣＭ方框圖b:預(yù)測器傳遞函數(shù) P(z) N階預(yù)測器公式： X(n)=進(jìn)行 Z變換后得：則預(yù)測器的傳遞函數(shù)為：為預(yù)測系數(shù)c:重建濾波器+預(yù)測器x(n)x(n)X(n)d(n)H(Z)重建濾波器==E [x(n)]+E[x(n1)]2E[x(n)x(n1)]2 2=2E [x(n)]2E[x(n)x(n1)]2分析： = =（２）一階 最佳 線性預(yù)測 求最佳預(yù)測系數(shù) h1N=1時； X(n)= h1x(n1)則差值信號為： d(n)=x(n)h1x(n1)+E[d (n)]=2 =E{[x(n) h1x(n1)] }2=E [x(n)]+h1E[x(n1)]2h1E[x(n)x(n1)]2 2= 2 = 2求使 最小的 h1的值2令 得最佳預(yù)測系數(shù) h1opt=p1當(dāng) N=1時的最大預(yù)測增益為：（ N=2）d(n)=x(n)h1x(n1)h2x(n2)=E[d (n)]2 =E{[x(n) h1x(n1)h2(n2)] }2令 得最佳 h1,h2大于或者等于零故二階預(yù)測器總是優(yōu)于一階預(yù)測器第三章 語言信號壓縮編碼 語言信號壓縮編碼的基本概念 自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制 參量編碼 混合編碼 低速率語言壓縮編碼的應(yīng)用波形編碼的語音質(zhì)量較高，實現(xiàn)簡單，但速率較高占頻帶較寬，因而將影響通信系統(tǒng)的容量。一個重要概念：對反映語音信號特征的參量進(jìn)行編碼與傳輸而不是對信號的時域波形本身，即所謂參量編碼。參量編碼的基礎(chǔ)是語音信號特征參數(shù)的提取與語音信號的恢復(fù)，這將涉及到語音產(chǎn)生的物理模型。聲道從聲帶的開口即聲門處開始，直至嘴唇，包括咽喉、口、舌等。次聲門系統(tǒng)由肺、氣管等級聯(lián)，是產(chǎn)生語音的能量來源。 濁音與清音濁音又稱為有聲音：氣流通過聲門時，如果聲帶振動并產(chǎn)生一個準(zhǔn)周期的空氣脈沖激勵聲道，就得到濁音。聲帶振動的頻率稱為基音頻率 fb，周期為基音周期 Tp，基音頻率 fb一般在 70～ 300 Hz的范圍內(nèi)，相當(dāng)于 Tp為 3～ 15 ms。清音又稱無聲音：聲道在某處發(fā)生收縮，同時迫使空氣以高速沖過一收縮部位而產(chǎn)生湍流，就得到清音。清音波形類似于噪聲，如圖（ c）所示。當(dāng)產(chǎn)生聲音的氣流順著這個管道傳播時，其頻譜特征就由管道的選擇性所改變聲道的諧振頻率稱為共振峰頻率，簡稱共振峰，其中第一共振峰就是上面提到的基音頻率 fb。實際聲道可以用一個級聯(lián)的無損聲管來表示。 由 N個等長無損聲管級聯(lián)的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：70一、語音信號的基本特性語音信號的基本特性語音信號是非穩(wěn)態(tài)信號，特征隨時間變化；但在一個很短的時間段內(nèi)（約 5ms50ms）具有相對穩(wěn)定的特征，稱為準(zhǔn)平穩(wěn)信號。濁音在時域上具有準(zhǔn)周期性，在頻域上，精細(xì)譜具有周期性起伏的諧波特性，譜包絡(luò)具有共振峰結(jié)構(gòu)。濁音段的信號能量要比清音段的能量高，這一特點可用于判斷區(qū)分清、濁音。終端等效的概念：當(dāng)線性系統(tǒng)的一組參數(shù)被控制之后其輸出就具有所希望的語音特征，而這組參量是和實際語音產(chǎn)生過程有關(guān)的。語音產(chǎn)生模型包括激勵源、聲道和反映嘴唇處聲輻射影響的部分，如圖所示。在濁音段，激勵由沖激序列發(fā)生器和聲門脈沖模型 G(z)級聯(lián)構(gòu)成，前者產(chǎn)生周期為 Tp的單位沖激響應(yīng)，后者為波形成形系統(tǒng)。聲道模型為一個時變線性系統(tǒng)，輻射模型為 R(z)。 特征參量的提取提取方法是基于數(shù)字信號處理的理論和技術(shù)。這樣，可將實際語音信號分成短的時間段，在各個段內(nèi)分別進(jìn)行參量提取。濁音 /清音判決或稱基音檢測，就是判決一個時間段是濁音段還是清音段，這就要利用濁音和清音在時域和頻域上的差別。濁音信號有較強的相關(guān)性。基音提取的方法很多，可分為三類。 76一、語音信號的基本特性語音信號的基本特性語音信號是非穩(wěn)態(tài)信號，特征隨時間變化；但在一個很短的時間段內(nèi)（約 5ms50ms）具有相對穩(wěn)定的特征，稱為準(zhǔn)平穩(wěn)信號。濁音在時域上具有準(zhǔn)周期性，在頻域上，精細(xì)譜具有周期性起伏的諧波特性，譜包絡(luò)具有共振峰結(jié)構(gòu)。濁音段的信號能量要比清音段的能量高，這一特點可用于判斷區(qū)分清、濁音。即以每 1030ms為一幀傳送一次參數(shù)樣值的編碼，并不傳送話音樣值的編碼，因此比特速率低得多。 P取很大值時，可以獲得很好的信號譜估計，但增加的計算量和存儲量代價太大。階數(shù) P的經(jīng)驗值在 812之間 。三、 LPC聲碼器的工作原理81濾波器系數(shù)濾波器系數(shù) {aj}三、 LPC聲碼器的工作原理 設(shè)計的濾波器系數(shù) {aj}就是使得誤差 e(n)在某個預(yù)定的準(zhǔn)則下最小，通常是根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則求解 {aj}在 LPC模型中，信號 s(n)的估計誤差 e(n) 為：82三、 LPC聲碼器的工作原理 在語音信號保持平穩(wěn)的短時段內(nèi)，令 E對 aj的偏導(dǎo)數(shù)為零，得到：即：其中： 根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則通過求解 P個方程來得到 P個未知數(shù) aj83三、 LPC聲碼器的工作原理 基音檢測根據(jù)語音信號的特性檢測基音周期的方法有： 利用時域特性檢測； 利用頻域特性檢測； 同時利用時域和頻域特性檢測； 這里只介紹利用時域特性檢測84 基本原理：利用語音信號的時域波形的相似性，通過比較原始信號和它的移位信號的相似程度來尋找基音周期。 常用方法：短時自相關(guān)函數(shù)和短時平均幅度差函數(shù) AMDF。 s(n)語音輸入信號， w(n)是加權(quán)窗，一般取矩形窗或哈明窗。 如果 s(n)是濁音，其短時自相關(guān)函數(shù) Rw(l)呈現(xiàn)出明顯的周期性，其周期等于 s(n)的基音周期。87三、 LPC聲碼器的工作原理88 設(shè) sw(n)是一段加窗的語音信號，它的非零區(qū)域為：n = 0 ? N1。與 Rw(l)不同的是在基音周期的各個整數(shù)倍點上， rw(l)具有谷值而非峰值，要通過尋找最深谷值點的位置來確定基音周期。AMDF的動態(tài)范圍較小，易于算法的定點實現(xiàn)。但信號不夠平穩(wěn)時，這個特點不明顯。三、 LPC聲碼器的工作原理92 窗長 為了使較好地反映 sw(n)的周期性，窗長 N 至少應(yīng)大于兩個基音周期，一般取長度為 1030ms。 三、 LPC聲碼器的工作原理4. 討論討論93克服上述干擾有兩種方法克服上述干擾有兩種方法 :a. 用低通濾波器（ 60Hz?900Hz）對語音信號進(jìn)行濾波，去除大部分共振峰的影響，基音頻率最高約 450Hz，濾波后可以保留其一、二次諧波。 三、 LPC聲碼器的工作原理94產(chǎn)生語音信號產(chǎn)生語音信號 s(n)的參量的參量 清 /濁音類型； 基音周期 TP； 代表聲道的時變?yōu)V波器的系數(shù) {aj}及濾波器階數(shù) p； 增益系數(shù) G；說明 ： 根據(jù)語音信號慢變化的特點，可以每隔 1030ms左右預(yù)測一次上述各參數(shù)的值。二、語音信號的產(chǎn)生模型95清濁音判決濾波器參數(shù)分析Ga1?ap量 化 編 碼 器U/V解 碼 器Ga1?apTPU/V激勵信號產(chǎn)生合成濾波器信道基音周期提取TPs(n)預(yù)加重加窗s(n)LPC聲碼器的原理框圖三、 LPC聲碼器的工作原理96 對于加窗的語音信號 sw(n)，當(dāng)窗的起點 n = 0 時，語音信號 sw(n)的短時能量用 E 表示，短時平均幅度用 M 表示，計算公式如下：三、 LPC聲碼器的工作原理 濁音、清音及無聲的判別 根據(jù)語音信號的短時能量、短時平均幅度和短時過零率來判斷當(dāng)前幀的語音信號是濁音、清音，還是無聲。它可以用相鄰兩個取樣改變符號的次數(shù)來計算：三、 LPC聲碼器的工作原理98 濁音 （ V） 的 M 最大而 Z 最低，當(dāng)采樣率為 8kHz，幀長為 20ms 時， Z 的平均值約為 20； 清音 （ U） 的 M 居中而 Z 最高，當(dāng)采樣率為 8kHz，幀長為 20ms時， Z 的平均值約為 70； 無聲 （ S） 的 M 最低而 Z 居中。濾波器組隊頻帶的劃分不均勻，低頻帶的帶寬窄，高頻段的帶寬寬主要缺點：需要進(jìn)行基音檢查和清濁音的判決，精確性較差。與通道聲碼器相比，共振峰聲碼器合成的語音質(zhì)量較好，而且比特率可以壓縮的更低104四、 LPC10聲碼器復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)： LPC聲碼器的工作原理聲碼器的工作原理清濁音判決濾波器參數(shù)分析Ga1?ap量 化 編 碼 器U/V解 碼 器Ga1?apTPU/V激勵信號產(chǎn)生合成濾波器信道基音周期提取TPs(n)預(yù)加重加窗s(n)105 LPC10聲碼器概況 LPC10聲碼器采用 10階線性預(yù)測分析濾波器，編碼速率為 ，被美國在 1981年作為聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn) FS1015用于窄帶保密通信。 四、 LPC10聲碼器106四、 LPC10聲碼器 LPC10編碼器低通濾波 A/D變換 預(yù)加重 計算分析相位基音分析存儲器低通濾波器清 /濁檢測基音及清 /濁校正2階逆濾波AMDF基音提取V/UV數(shù)字語音出并變串及同步產(chǎn)生 誤差校正的映射 參數(shù)編碼基音周期預(yù)測器分析存儲器計算RMS計算預(yù)測參數(shù)2幀參數(shù)存儲器2幀參數(shù)存儲器RMSRC107 LPC10編碼器的特點編碼器的特點（（ 1）采樣）采樣 采樣率 8kHz，每個樣本量化為 12bit得到數(shù)字化語音，每 180個樣點分為