Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,3.语音的波形编码,11/16/2024,第一页，共25页。,3.语音的波形编码10/4/2023第一页，共25页。,1,波形编码概述,语音信号数字表示的优点,便于存储,电子器件价格下降,抗干扰,可以利用通信网传输,便于保密和计算机语言输出,语音信号的数字表示的方法,波形编码,参数编码,11/16/2024,2,第二页，共25页。,波形编码概述语音信号数字表示的优点10/4/20232第二页,本章内容概要,脉冲编码调制（）,差分编码调制（）,自适应技术在波形编码中的应用,压缩比特率的其他方法,11/16/2024,第三页，共25页。,本章内容概要脉冲编码调制（）10/4/2023第三页，,3,脉冲编码调制（,pulse code modulation,）,原理图,11/16/2024,第四页，共25页。,脉冲编码调制（pulse code modulati,4,3.1脉冲编码调制（）,语音信号的取样,语音信号的量化,减小量化噪声的方法,11/16/2024,第五页，共25页。,3.1脉冲编码调制（）语音信号的取样10/4/2023,5,语音信号的取样,奈奎斯特取样定律,所谓抽样,，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。,语音信号的频谱范围,实际语音取样的方法,11/16/2024,第六页，共25页。,语音信号的取样奈奎斯特取样定律10/4/2023第六页，共2,6,语音信号的量化,量化和编码,信号量化噪声比的估算,传输或存储高质量语音所需的比特率,11/16/2024,第七页，共25页。,语音信号的量化量化和编码10/4/2023第七页，共25页。,7,均匀量化,均匀量化,均匀量化就是采用相同的,“等分尺”来度量采样得到,的幅度，也称为线性量化。,量化后的样本值,Y,和原始值,X,的差,E=Y-X,称为量化误差或量化噪声。,11/16/2024,第八页，共25页。,均匀量化均匀量化10/4/2023第八页，共25页。,8,均匀量化的缺点,用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都采用相同的量化间隔。为了适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。但是，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本位数就没有充分利用。为了克服这个不足，就出现了非均匀量化的方法，这种方法也叫做非线性量化。,11/16/2024,第九页，共25页。,均匀量化的缺点用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还,9,非均匀量化,非线性量化对输入信号,进行量化时，大的输入,信号采用大的量化间隔，,小的输入信号采用小的量化间隔。,这样就可以在满足精度要求的情况下用较少的位数来表示。声音数据还原时，采用相同的规则。,11/16/2024,第十页，共25页。,非均匀量化非线性量化对输入信号10/4/2023第十页，共2,10,m 律压扩和A律压扩,在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系：一种称为 m 律压扩(companding)算法，另一种称为A律压扩算法。,11/16/2024,第十一页，共25页。,m 律压扩和A律压扩在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输,11,m 律压扩,m,律,(m-Law),压扩,(G.711),主要用在北美和日本等地区的数字电话通信中,式中：,x,为输入信号幅度，规格化成,-1x1;,sgn(,x,),为,x,的极性；,m,为确定压缩量的参数，它反映最大量化,间隔和最小量化间隔之比。,由于,m,律压扩的输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数,PCM,。,11/16/2024,第十二页，共25页。,m 律压扩m 律(m-Law)压扩(G.711)主要用在北,12,A律压扩,A,律,(A-Law),压扩,(G.711),主要用在欧洲和中国大陆等地区的数字电话通信中，按下面的式子确定量化输入和输出的关系：,式中：,x,为输入信号幅度，,sgn(,x,),为,x,的极性；,A,为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比。,A,律压扩的前一部分是线性的，其余部分与,m,律压扩相同。,11/16/2024,第十三页，共25页。,A律压扩 A律(A-Law)压扩(G.711)主要用在欧洲,13,信号量化噪声比的估算,11/16/2024,第十四页，共25页。,信号量化噪声比的估算10/4/2023第十四页，共25页。,14,传输或存储高质量语音所需的比特率,11/16/2024,第十五页，共25页。,传输或存储高质量语音所需的比特率10/4/2023第十五页,15,减小量化噪声的方法,高频颤动法,非均匀量化方法,11/16/2024,第十六页，共25页。,减小量化噪声的方法高频颤动法10/4/2023第十六页，共2,16,A为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比。,差分脉冲编码调制DPCM,脉冲编码调制（）,为了适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。,由于m 律压扩的输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数PCM。,但是，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本位数就没有充分利用。,A律压扩的前一部分是线性的，其余部分与m 律压扩相同。,语音信号的数字表示的方法,声音数据还原时，采用相同的规则。,由于m 律压扩的输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数PCM。,由于m 律压扩的输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数PCM。,为了尽可能避免出现斜率过载，就要加大量化阶，但这样做又会加大粒状噪声；,该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。,便于保密和计算机语言输出,根据输入语音信号的幅度和方差来控制量化器或者预测器的参数。,5压缩比特率的其它办法,3.2差分脉冲编码调制（DPCM）,DPCM,原理,差分脉冲编码调制,DPCM,(,d,ifferential,p,ulse,c,ode,m,odulation),是利用样本与样本之间存在的,信息冗余度,来进行编码的一种,数据压缩技术,。差分脉冲编码调制的思想是，根据过去的样本去估算,(estimate),下一个样本信号的幅度大小，这个值称为预测值，然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码，从而就,减少了表示每个样本信号的位数,。它与脉冲编码调制,(PCM),不同的是，,PCM,是直接对采样信号进行量化编码，而,DPCM,是对实际信号值与预测值之差进行量化编码，存储或者传送的是,差值,而不是幅度绝对值，这就降低了传送或存储的数据量。此外，它还,能适应大范围变化的输入信号,。,11/16/2024,第十七页，共25页。,A为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比。,17,DPCM,原理图,11/16/2024,第十八页，共25页。,DPCM原理图10/4/2023第十八页，共25页。,18,DPCM,信噪比,11/16/2024,第十九页，共25页。,DPCM信噪比10/4/2023第十九页，共25页。,19,3.3增量调制（DM）,增量调制也称,调制,(,d,elta,m,odulation,，,DM),，它是一种,预测编码技术,，是,PCM,编码的一种变形。,PCM,是对每个采样信号的整个幅度进行量化编码，因此它具有对任意波形进行编码的能力；,DM,是对实际的采样信号与,预测的采样信号之差的极性进行编码,，将极性变成“,0”,和“,1”,这两种可能的取值之一。如果实际的采样信号与预测的采样信号之差的极性为“正”，则用“,1”,表示；相反则用“,0”,表示，或者相反。由于,DM,编码只须用,1,位对话音信号进行编码，所以,DM,编码系统又称为“,1,位系统”。,11/16/2024,第二十页，共25页。,3.3增量调制（DM）增量调制也称调制(delta mod,20,DM,波形编码的原理,11/16/2024,第二十一页，共25页。,DM波形编码的原理 10/4/2023第二十一页，共25页。,21,DM,缺点,在输入信号变化快的区域，斜率过载是关心的焦点，而在输入信号变化慢的区域，关心的焦点是粒状噪声。为了尽可能避免出现斜率过载，就要加大量化阶,，但这样做又会加大粒状噪声；相反，如果要减小粒状噪声，就要减小量化阶,，这又会使斜率过载更加严重。这就促进了对自适应增量调制,(,a,daptive,d,elta,m,odulation,，,ADM),的研究。,11/16/2024,第二十二页，共25页。,DM缺点在输入信号变化快的区域，斜率过载是关心的焦点，而在,22,3.4自适应技术应用,一般原理：,问题的提出：,幅度快变化，音节变化。,自适应技术的原理：,根据输入语音信号的,幅度和方差,来控制量化器或者预测器的参数。,自适应技术的分类,前馈和后馈。,11/16/2024,第二十三页，共25页。,3.4自适应技术应用一般原理：10/4/2023第二十三页，,23,自适应量化,直接自适应,间接自适应,11/16/2024,第二十四页，共25页。,自适应量化直接自适应10/4/2023第二十四页，共25页。,24,3.5压缩比特率的其它办法,残差信号压缩,信号整形,多脉冲技术,11/16/2024,第二十五页，共25页。,3.5压缩比特率的其它办法残差信号压缩10/4/2023第二,25,