数字通信原理2013-第3章 语音压缩编码

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1、课程内容第1章绪论第2章语音信号编码--脉冲编码调制PCM√第3章语声信号压缩编码第4章时分多路复用及PCM30/32路系统第5章数字信号复接—PDH和SDH第6章数字信号传输第7章差错控制理论第3章语音信号压缩编码3.1语音压缩编码的基本概念3.2DPCM和ADPCM3.3SBC子带编码3.4参量编码3.1语音信号压缩编码的基本概念极低速率语音编码比特率低于2400bps的编码保密通信、语音邮件、网络通信、IP电话变速率语音编码在合成语音质量和系统容量中灵活折中CDMA通信系统中，且前景广阔不压缩语音编码压缩费用超过传输费用光纤通信、微波通信压缩的意义为

2、什么需要压缩编码技术PCM编码占用带宽大8000Hz采样速率，每样本8位码数码率：64kbps有线传输中可以找到大容量传输介质：光纤无线接入侧的频谱资源相当紧张理论基础定义：低于64kbps的编码方案称为语音压缩编码压缩依据语音信号中存在的冗余人类的听觉感知机理信号冗余采样数据之间的相关8kHz速率时，相邻样值相关系数高达0.85周期相关：浊音的准周期性幅度的非均匀分布小幅度概率高，信息集中在低功率语音间隙的存在声道的形状及其变化速率有限听觉感知机理人耳对不同频段的声音敏感度不同低频比高频更敏感人耳对语音信号的相位不敏感人耳有掩蔽效

3、应(maskingeffect)强音抑制弱音语音编码的极限速率语音最基本元素-音素:大约128～256个通常说话速度：每秒平均发10个音素10信息率：I=[log2(256)]bps=80bps把发音看成是以语音速率传送，则语音编码的极限速率为80bps从数字化标准的编码速率64kbps，到极限速率80bps之间的距离，压缩比可达64kbps/80bps=800对于理论研究和实践有着极大的吸引力压缩编码方法分类波形编码原理简单，失真小数码率高参数编码数码率低音质较差，复杂度高混合编码较低的比特率上获得较高的语音质量语音信号压缩编码的评价系统语音

4、质量（1）广播级:宽带(0-7000Hz)高质量的语音，感觉不出噪声存在（2）网络或电话级：200Hz-3200Hz,信噪比大于30db。（3）通信级:完全可以听懂，但和长途电话相比，有明显失真。（4）合成级：80%-90%可懂度，音质较差，听起来像机器讲话，失去了讲话者的个人特征。语音信号压缩编码的评价指标编码质量MOS(MeanOpinionScore)编码速率适当选取编解码复杂度不影响实时处理编解码时延不能超过100ms若超过必须采取回声抵消或回声抑制等措施ITU-T的正式标准G.711(1972)64kbpsPCM用于固网G.7

5、21(1984)32kbpsADPCM用于卫星、海缆G.728(1992)16kbpsLD-CELP低延迟-码激励线性预测无绳电话、SCSC卫星、海事卫星、DSI设备、录音、移动系统等G.729(1996)8kbpsCS-ACELP(共轭结构-代数数码激励线性预测技术)可与32kbps的ADPCM同质量用于个人移动通信、低C/N卫星、高质量移动无线通信，分组语音G.722.2AMR-ACELP(自适应多速率)用于WCDMA和TD-SCDMA系统现状主流：CELP(码激励线性预测）4.8kbps的数码率上获得较高质量的语音发展方向中低速率的语音编码的

6、实用化降低复杂度减少时延提高抗干扰、抗噪声能力进一步降低编码速率目前5-6kbps的速率--较高质量重建语音目标4kbps得到短时延、高质语音发展方向中长延时编码400-1200bps得到高质语音新算法正弦变换编码（STC）混合激励线性预测编码（MELPC）时频域插值编码（TFI）基音同步激励线性预测编码（PSELP）新分析技术非线性预测多精度时频分析高阶统计分析3.2DPCM编码差分PCM编码对相邻样本的差进行PCM编码由于样本差值的动态范围远小于样本动态范围，因此达到相似性能可以减小编码位数技术实现关键问题编码位数的选取预测器

7、系数选取：LMS②③④⑤⑦y(n)xˆ(n)④①⑥①预测器②减法器④加法器④③②①①预测器②减法器④加法器可以证明DPCM的实质：对d(n)进行量化编码,d(n)x(n)2VlN使量化级数N编码后编码位数lN2而没变，量化误差没变emax2量化噪声没变压缩编码后的通信质量没变。ADPCM自适应DPCM自适应预测系数调整自适应编码位数调整技术实现关键自适应预测器：指预测器的预测系数能随话音瞬时变化作自适应调整，从而得到高预测增益自适应量化器：指量化器的量化级（阶距）能随