【正文】 KB/s （一般了解） 49 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 語音壓縮依據(jù) 1) 冗余度 ?時域樣點之間相關(guān) （ 短時 、 長時 ） ?頻域譜的非平坦性 （ 譜包絡(luò) 、 譜離散 ） ?統(tǒng)計特性 2) 人耳聽覺特性 ?人耳分辨能力 ?人耳對不同頻段聲音的敏感程度不同 ， 通常對低頻比對高頻更敏感 ?人耳對語音信號的相位不敏感 ?人耳掩蔽效應(yīng) Masking Effect … （一般了解） 50 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 語音壓縮依據(jù) 說明： 對人耳聽不到或感知極不靈敏的聲音分量都不妨視為冗余 。 （一般了解） 51 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 語音編碼性能評價（ 1） 1) 編碼速率： （ Kbps、 Kb/s） 信號帶寬： 可懂度 、 自然度 、 透明度 。 編碼位數(shù) ： R（ b/樣點 ） ， 總速率 I（ kb/s） 。 ?原理 ：（ 見下圖） 量 化 器模 擬 聲 音濾 波 器低 通 波 形編 碼 器信 號 輸 入P C M 樣 本? ?nxtP C M 編 碼 框 圖56 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 脈沖編碼調(diào)制 PCM— 步驟 ? 三個步驟 : 1. 抽 樣 — 即采樣 2. 量 化 — 測量采樣值 3. 編 碼 — 對量化值進行處理并記錄 57 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 PCM － 量化概念 定義：將幅度 連續(xù)變化的信號 變成 幅度離散信號的 處理過程稱為量化。 58 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 PCM － 量化參數(shù) 3） 量化間隔 ?i， 也稱量階 ， 量化級 4） 量化值 5） 編碼位數(shù) n， 二進制編碼時 ， 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。 60 南通大學(xué)計算機應(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)計算機應(yīng)用教研室 均勻量化的特點及其應(yīng)用 特點： 1） 量化信噪比與信號功率成正比 2） 編碼位數(shù)多 。 如遙測 、 遙控 、 儀表等方面 。 62 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 非均勻量化 非均勻量化 基本思想： 在對輸入信號進行量化時候，大的輸入信號采用大的量化間隔，小的輸入信號采用小的量化間隔。(x) 64 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 181。律壓縮律 181。 1||sg n)1l n (|)|1l n (???? xxxy??通 常 取 μ = 2 5 5 。 66 南通大學(xué)計算機應(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現(xiàn)較為困難，通常用 折線 來近似。15折線。 簡稱為 A13折線 。15折線壓縮律 181。曲線上取坐標(biāo)點，然后連成折線而得。15折線畫法 畫法如下： 1） x軸坐標(biāo)點為 ， 非均勻分割 16份 2） y軸均勻分割 16份 3） 將 x,y軸對應(yīng)的坐標(biāo)點連接起來 ， 得到 16段折線 。15折線 。 71 南通大學(xué)計算機應(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. 語音編碼 5. 脈沖編碼調(diào)制（ PCM） 6. PCM應(yīng)用 7. 其它編碼方法 72 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 PCM在通信中的應(yīng)用 ?PCM編碼早期的最重要應(yīng)用就是 話音通信中的多路復(fù)用 。每對用戶僅占用其中的一個子信道。 74 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 時分多路復(fù)用 TDM ?把傳輸信道 按時間來分割 ，為每個用戶指定一個時間間隔，每個間隔里傳輸信號的一部分，這樣就可以使許多用戶同時使用一條傳輸線路。 ?例如，話音信號的采樣頻率 f＝ 8000 Hz，它的采樣周期＝ 125 m s，這個時間稱為 1幀 (frame)。 75 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 24路制的重要參數(shù)如下 ? 每秒鐘傳送 8000幀，每幀 125 m s。 ? 每幀由 24個時間片 (信道 )和 1位同步位組成。 ? 數(shù)據(jù)傳輸率 R＝ 8000 193＝ 1544 kbps。 ? 181。 ? 16幀組成 1復(fù)幀 (用于同步 )。 ? 每個信道每次傳送 8位代碼。 ? 每一個話路的數(shù)據(jù)傳輸率＝ 8000 8=64 kbps。 ? PCM通信方式發(fā)展很快，傳輸容量已由一次群 (基群 )的 30路 (或 24路 )，增加到二次群的 120路 (或 96路 )，三次群的 480路 (或 384路 )， …… 。 ? 最早的 DM系統(tǒng)是在 1946年發(fā)明的。 81 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 (DM) ? 增量調(diào)制也稱△調(diào)制 DM(delta modulation)，它是一種預(yù)測編碼技術(shù)，是 PCM編碼的一種變形。 ? 如果實際的采樣信號與預(yù)測的采樣信號之差的極性為 “ 正 ” ，則用 “ 1”表示；相反則用 “ 0”表示，或者相反。 當(dāng)信號斜率大時 ， 量階大 ， 當(dāng)信號斜率小時 ， 量階小 。 84 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 差值脈沖編碼調(diào)制（ DPCM） ?DPCM：根據(jù)前些時刻的樣值來預(yù)測現(xiàn)時刻的樣值，只要傳遞預(yù)測值和實際值之差，而不需每個樣值的編碼都傳。 ] P(z ) 編碼 譯碼 P(z ) 圖 中 Q [ 。在接收端，只要把差值序列疊加在預(yù)測序列之上，即可以恢復(fù)原始信號。 ?自適應(yīng)：語音信號的動態(tài)范圍較大 ， 只有采用自適應(yīng)系統(tǒng) ， 才能得到最佳的性能 。 ?自適應(yīng)量化： 量化器的量化量化間隔能隨著信號的瞬時值變化做自適應(yīng)調(diào)整 ，得到較高的信噪比 。 ] P( z ) 編碼 譯碼 P( z ) Q[ 。 ] ] 自 適 應(yīng) ， 即 量 化 自 適 應(yīng) ；2 . 逆 量 化 器 [ P ( z ) ] 自 適 應(yīng) ， 即 預(yù) 測 自 適 應(yīng) 。這 樣 可 以 使 6 4 K b / s 的 P C M 系 統(tǒng) 與 3 2 K b / s 的 D P C M 系 統(tǒng) 的 性 能 相 當(dāng) 。 2. 對這些參數(shù)進行 編碼 。 92 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 LPC的基本原理圖 語音 語音 線性預(yù)測分析 清、濁音判別，基音提取 量化與編碼 解碼器 語音合成 93 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 LPC主要缺點 1） 損失了語音的自然度 2） 抗噪聲能力下降 3） 譜包絡(luò)的估值可能產(chǎn)生很大的失真 。 94 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 改善方法 ?采用較復(fù)雜的激勵模型代替簡單的清 /濁音判決模型； ?另一種方法是利用一部分余數(shù)信息。 應(yīng)用：目前 GSM采用 13Kb/s的 RPE— LTC編碼方案。對于聲音的編碼可以應(yīng)用 MPEG Audio的子帶編碼（ SBC） 97 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 思考題 (1) 用自己的語言說出下面 3種話音編譯碼器的基本想法。 率壓擴？ 什么叫做 A率壓擴？ 98 南通大學(xué)計算機應(yīng)用教研室 思考題 (2) 自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制 (APCM)的基本思想是什么？ 差分脈沖編碼調(diào)制 (DPCM)的基本思想是什么？ 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制 (ADPCM)的兩個基本思想是什么？