基于adpcm的语音编解码设计

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1、1绪论1.1课题研究的背景和意义随着社会时代的发展,人类迅速进入信息时代,对于各种资源的利用率要求越来越高,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。与此同时,伴随着微电子技术的快速发展,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善,使得语音编解码技术越来越广泛的深入到通信领域、消费电子领域,辟如数字录音笔、IP电话、复读机等等都是语音压缩编码技术的典型应用。语音编码技术就是将模拟的语音信号数字化离散化,利用语音听觉上的制约或者数据的冗余度来压缩信号的一些不必要的信息,以此来增加传输速率、减少存储容量,然后再进行

2、传输、存储或者处理,而解码就是相反的一个过程。ADPCM是自适应差分脉冲编码调制的简称，是语音编码的多种算法中的一种，更是最早使用于数字通信系统中的一种语音编解码算法。此算法利用了语音信号样点间的相关性，针对语音信号的非平稳特点，使用了自适应预测和自适应量化，即预测器和量化器它们的参数能随着输入信号的统计特性，自适应于或接近于最佳的参数状态，在32kbps的速率上能够给出网络等级话音质量。ADPCM究其本质是一种针对16bits(或8bits或者更高)声音波形数据的一种有损压缩算法,它可以将声音流中每

3、次采样的16bit数据用4bit来存储,所以其压缩比为1:4。而且它的压缩/解压缩算法非常简单,所以又是一种低空间消耗、高质量高效率声音获得的好途径。ADPCM其主要是针对连续波形数据的，保存的则是波形的变化情况，从而以达到描述整个波形的目的。1.2语音编码的发展和研究状况数字语音有很多的优点是模拟语音不可比拟的，它能更方便的传输和存储，可以在噪声信道中进行相当可靠的传输，容易进行交换，能够很方便的对信号进行加密传输。数字语音可以由模拟语音简单的抽样，量化来得到，但由于数字语音其数据量比较大如果不经过

4、处理，那它在传输和存储时就会占用很大量的信道资源以及存储空间，那么给系统提出的要求势必就会很高，所以数字语音通常情况下都是要进行压缩编码的。在确保编码语音一定质量的前提下，究竟如何高效率进行压缩编码，或者说在给定信息速率的前提下，如何去提高编码后的语音质量，是当代语音编码所要研究的重点。语音编码技术一般分为两种：信源编码和信道编码。信源编码的目的36是为了提高信号的传输和存储效率，在这指的就是数字语音信号被压缩的比特率(即每秒钟传输语音信号所得出的比特数，通常也可以称为数码率)，使得更多路的语音信号能

5、在同样的信道容量中传输，或者说只需要较小的容量存储数字语音信号，所以这一类编码又被称为语音信号的压缩编码。而信道编码因为是为了提高传输的可靠性而作出的处理，所以又被称为可靠性编码。语音信号编码从方法上讲有波形编码和分析合成系统两大分支。波形编码是以尽最大可能无失真的重构出语音波形为目标，在其编码时以波形逼近为基本原则，在时域上或变换域上直接进行编码，虽然这种方法压缩效率不很高，但是在64～16Kb/s的速率上，却可以合成出相当高的语音质量，然而在速率进一步下降时，编码语音的质量将会随之大幅度下降。常用

6、的波形编码算法有：时域上编码的PCM(PulseCodeModulation)，ADPCM，APC(AdaptivePredictiveCoding)；在频域上进行编码的子带编码SBC（Sub-BandCoding）和自适应变换编码ATC(AdaptiveTransformCording)。分析合成系统是把语音信号产生模型作为基础，把语音信号变换成模型参数后再进行编码，因此又称之为参数编码。参数编码其出发点同波形编码有所不同，它的原则是以在尽量保持语音可懂度的条件下，为语音信号搭建一个数学模型，然后通

7、过给定的语音信号计算模型参数并且量化编码来实现。而且它的模型参数对比于语音波形来说数据量是很小的，因而其压缩效率很高。虽然也许参数编码会导致重建话音和原始语音在它时域波形上有很大的区别，但它的可懂度仍然可以保持在一个相当高的程度。现在，还时常采用混合编码的方案，混合编码是波形编码和参数编码优点的结合，这种结合是保留分析合成编码技术精华的基础，引用波形编码准则优化激励源信号，从而在一个较小的数码率上(4.8～9.6kbit/s)获得更高质量的合成语音。自1937年以来的脉冲编码调制（PCM）是AH里夫斯

8、已经提出，语音编码技术的发展历史已经超过60年。尤其是在过去的20年里，随着计算机的语音编码技术和微电子技术的发展得到了快速发展。64kbit/s的PCM系统标准CCITT于1972年确定了64kbit/s的PCM语音编码G.711建议，已被广泛应用于数字交换机，数字通讯等领域，到现在为止，仍然是占主导地位。虽然这种编码方法可以得到良好的语音质量，但缺点是，它会占用更多的带宽，有限的带宽资源条件下不使用。CCITT在20世纪80年代初，就开始专攻小于64