5第五章_语音编码.ppt

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1、 第五章语音编码第五章语音编码 5.15.1概述概述5.25.2语音信号压缩编码的评价系统语音信号压缩编码的评价系统5.35.3语音信号的波形编码语音信号的波形编码5.45.4语音信号的参数编码语音信号的参数编码1 编码、传输、存储和译码是语音数字传输和数字编码、传输、存储和译码是语音数字传输和数字存储的必要过程。存储的必要过程。随着语音通信技术的发展，压缩语音信号的传输随着语音通信技术的发展，压缩语音信号的传输带宽，降低信道的传输速率，一直是人们追求的目标。带宽，降低信道的传输速率，一直是人们追求的目标。语音编码在实现这一目标的过程中担当重要的角色。语音编码在实现这一目标的过程中担当重要的角

2、色。语音编码就是使表达语音信号的比特数目最小。语音编码就是使表达语音信号的比特数目最小。一、编码（压缩）的重要性一、编码（压缩）的重要性5.1概述概述 第五章语音编码第五章语音编码 2二、编码速率（信息容量）二、编码速率（信息容量）用比特用比特/秒（秒（b/sb/s或或bpsbps）来度量，用来度量，用I I表示，表示，I=R I=R f fs s ,R,R代表每个语音采样值编码所需的比代表每个语音采样值编码所需的比特数；特数；f fs s是采样频率。是采样频率。当当f fs s=8kHz=8kHz，每个采样值用每个采样值用8 8比特位来编码，则比特位来编码，则编码速率为编码速率为64kb/s

3、64kb/s。5.1概述概述3二、编码速率（信息容量）二、编码速率（信息容量）用比特用比特/秒（秒（b/sb/s或或bpsbps）来度量，用来度量，用I I表示，表示，I=R I=R f fs s ,R,R代表每个语音采样值编码所需的比代表每个语音采样值编码所需的比特数；特数；f fs s是采样频率。是采样频率。当当f fs s=8kHz=8kHz，每个采样值用每个采样值用8 8比特位来编码，则比特位来编码，则编码速率为编码速率为64kb/s64kb/s。5.1概述概述4三、编码的分类三、编码的分类1.1.波形编码波形编码(waveform coding)(waveform coding)：基

4、本原理是在时基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然后将幅度样本分层量化，并使用代码来表示。在接后将幅度样本分层量化，并使用代码来表示。在接收端将收到的数字序列经过解码恢复到原模拟信号，收端将收到的数字序列经过解码恢复到原模拟信号，保持原始语音的波形形状。话音质量高，编码速率保持原始语音的波形形状。话音质量高，编码速率高。如高。如PCMPCM编码类（编码类（a a率或率或u u率率PCMPCM、ADPCM ADPCM、ADM)ADM)，编码速率为编码速率为646416kb/s16kb/s，语音质量好。语音质量好。5.1概述概述52.

5、2.参数编码（声源编码参数编码（声源编码 parametric parametric codingcoding）：根据语音信号产生的数学模型，通过对语音信号特根据语音信号产生的数学模型，通过对语音信号特征参数的提取后进行编码（将特征参数变换成数字征参数的提取后进行编码（将特征参数变换成数字代码进行传输）。在接收端将特征参数，结合数学代码进行传输）。在接收端将特征参数，结合数学模型，恢复语音，力图使重建语音保持尽可能高的模型，恢复语音，力图使重建语音保持尽可能高的可懂度，重建语音信号的波形同原始语音信号的波可懂度，重建语音信号的波形同原始语音信号的波形可能会有相当大的区别。如线性预测（形可能会有

6、相当大的区别。如线性预测（LPCLPC）编编码类。编码速率低，码类。编码速率低，2.4-1.2kb/s2.4-1.2kb/s，自然度低，对自然度低，对环境噪声敏感。环境噪声敏感。三、编码的分类三、编码的分类63.3.混合编码混合编码(Hybrid coding)(Hybrid coding)：将波形编码与参数编码相结合，在将波形编码与参数编码相结合，在2.4-1.2kb/s2.4-1.2kb/s速率上能够得到高质量的合成语音。混合编码包括若速率上能够得到高质量的合成语音。混合编码包括若干语音特征参量又包括部分波形编码信息，以达到波干语音特征参量又包括部分波形编码信息，以达到波形编码的高质量和参

7、量编码的低速率的优点。形编码的高质量和参量编码的低速率的优点。三、编码的分类三、编码的分类74.4.语音编码的极限速率语音编码的极限速率 语音中最基本的元素是音素，大约有语音中最基本的元素是音素，大约有128128256256个，个，如果按通常的说话速度，每秒平均发出如果按通常的说话速度，每秒平均发出1010个音素，则个音素，则信息率为：信息率为：I=logI=log2 2(256)(256)1010bps=80bpsbps=80bps把发音看成是以语音速率来传送，则语音编码的极限把发音看成是以语音速率来传送，则语音编码的极限速率为速率为80bps,80bps,从数字化标准的编码速率从数字化标

8、准的编码速率64kbps64kbps，到极到极限速率限速率80bps80bps，之间的距离，对于理论研究和实践有之间的距离，对于理论研究和实践有着极大的吸引力。着极大的吸引力。8 语音质量是衡量语音编码算法优劣的关键性能之语音质量是衡量语音编码算法优劣的关键性能之一。语音质量通常分为四类：一。语音质量通常分为四类：（1）广播级）广播级:宽带宽带(0-7000Hz0-7000Hz)高质量的语音，感觉不高质量的语音，感觉不出噪声存在出噪声存在（2）网络或电话级：）网络或电话级：200Hz-3200Hz,200Hz-3200Hz,信噪比大于信噪比大于30db。（3）通信级）通信级:完全可以听懂，但和

9、长途电话相比，有完全可以听懂，但和长途电话相比，有明显失真。明显失真。（4）合成级：）合成级：80%-90%可懂度，音质较差，听起来可懂度，音质较差，听起来像机器讲话，失去了讲话者的个人特征。像机器讲话，失去了讲话者的个人特征。5.2语音信号压缩编码的评价系统语音信号压缩编码的评价系统9 评价指标：清晰度或可懂度、音质。前者是指语音评价指标：清晰度或可懂度、音质。前者是指语音是否容易听清楚；后者指语音听起来有多自然。是否容易听清楚；后者指语音听起来有多自然。（1 1）可懂度评价）可懂度评价 DRTDRT：Diagnostic Diagnostic RhymerRhymer Test Test

10、（2 2）音质评价：音质评价：MOSMOS：Mean Opinion Score Mean Opinion Score 平均意见得分平均意见得分 DAMDAM：Diagnostic Acceptability Measure Diagnostic Acceptability Measure 判断满判断满意度得分。意度得分。1.1.主观评价方法主观评价方法语音质量有主观和客观两种评价方法语音质量有主观和客观两种评价方法5.2语音信号压缩编码的评价系统语音信号压缩编码的评价系统10 MOSMOS得分为五级得分为五级:优、良、可、差和坏。满优、良、可、差和坏。满分为分为5 5分，相当调频广播质量；分

11、，相当调频广播质量；4 4分以上是长途分以上是长途电话网标准；电话网标准；3.53.5分为通信标准；分为通信标准；3.03.0分仍有分仍有较好的可懂度，保持自然度；较好的可懂度，保持自然度；2.52.5分只维持可分只维持可懂度，懂度，是战术通信标准。是战术通信标准。11（1 1）波形失真度，用信噪比来度量）波形失真度，用信噪比来度量（2 2）频谱失真测量）频谱失真测量（3 3）谱包络失真测量）谱包络失真测量2.2.客观评价方法客观评价方法12 均匀量化时，无论大的输入信号还是小的输入均匀量化时，无论大的输入信号还是小的输入信号一律采用相同的量化间隔，为了适应大的输入信号一律采用相同的量化间隔，

12、为了适应大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数位数。=2V/L=2V/2=2V/L=2V/2R R，但是对话音信号来说，大但是对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本数就没有充分信号出现的机会并不多，增加的样本数就没有充分利用。因此采用非均匀量化。利用。因此采用非均匀量化。一、非均匀量化的一、非均匀量化的PCMPCM编码编码5.35.3语音信号的波形编码语音信号的波形编码13 其基本思想是：大的输入信号采用大的量化其基本思想是：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。在满足精间隔，小的输入信号采用小的量

13、化间隔。在满足精度要求的情况下用较少的位数来表示。译码时，采度要求的情况下用较少的位数来表示。译码时，采用相同的规则。也可视为将信号进行非线性变换后用相同的规则。也可视为将信号进行非线性变换后再作均匀量化，如对信号进行对数压缩，再作均匀量化，如对信号进行对数压缩，微弱的信微弱的信号被放大，强的信号被压缩。号被放大，强的信号被压缩。译码时，指数扩张。译码时，指数扩张。非线性非线性压缩压缩均匀均匀量化量化编码编码x xa a(nT(nT)解码解码非线性非线性扩张扩张x x(nT(nT)14 现在的非均匀量化中，一般采用两种压缩扩张非现在的非均匀量化中，一般采用两种压缩扩张非均匀量化方法。采样后信号

14、幅度和量化数据之间有两均匀量化方法。采样后信号幅度和量化数据之间有两种对应关系，一种称为种对应关系，一种称为u u 律压扩（律压扩（compandingcompanding）算法，算法，另一种称为另一种称为A A 律压扩算法。律压扩算法。u u 律压扩主要用于北美律压扩主要用于北美和日本等地区的电话通信中。和日本等地区的电话通信中。A A 律压扩主要用在欧律压扩主要用在欧洲和中国的地区的电话通信中。洲和中国的地区的电话通信中。u u 律压扩律压扩15（1 1）输入）输入x xa a(nT(nT)的范围归一化为（的范围归一化为（1 11 1）;（2 2）输出）输出F FA A(x(n)(x(n)

15、的范围为（的范围为（1 11 1）；）；（3 3）A A为压扩参数，它反映最大量化间隔和最小量化为压扩参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔的比值。间隔的比值。A=87.56A=87.56A A 律压扩律压扩16 我国的我国的PCM30/32PCM30/32路基群也采用路基群也采用A A律律1313折线压折线压缩特性。缩特性。律律1515折线主要用于美国、加拿大和日折线主要用于美国、加拿大和日本等国的本等国的PCM 24PCM 24路基群中。路基群中。CCITTCCITT建议建议G.711G.711规定上述两种折线近似压缩规定上述两种折线近似压缩律为国际标准，且在国际间数字系统相互连接时，律为

16、国际标准，且在国际间数字系统相互连接时，要以要以A A律为标准。律为标准。因此这里重点介绍因此这里重点介绍A A律律1313折线。折线。17 F F F FA A A A(x)(x)(x)(x)011161 81321 41 2164112817/86/85/84/83/82/81/8x xa a(nT(nT)18A A律压扩编码律压扩编码采用采用8位二进制编码：位二进制编码：C7C6C5C4C3C2C1C0C7：表示信号的极性，称为极性码。表示信号的极性，称为极性码。0为正为正，1为负。为负。C3C2C1C0：表示表示每一段落每一段落的的16个均匀划分的量化个均匀划分的量化级，称为段内码。级

17、，称为段内码。0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111C6C5C4：表示段落序号，称为段落码。表示段落序号，称为段落码。000 001 010 011 100 101 110 11119对输入动态范围为（对输入动态范围为（-5v,+5v-5v,+5v），），用用A A律压扩编码，有：律压扩编码，有：1/128 0.0390625v76543210 1 5v1/2 2.5v1/4 1.25v1/8 0.625v1/16 0.3125v1/32 0.15625v1/64 0.078

18、125v0 0v输入信号为输入信号为1.05v1.05v，则编码为：则编码为：极性码：极性码：0 0 段落码：段落码：101101段内码：段内码：=(1.25-0.625)/16=(1.25-0.625)/16 =0.0390625 =0.0390625(1.05-0.625)/(1.05-0.625)/=10.88=10.88取整数取整数1010，对应第，对应第1010量化间隔，量化间隔，编码为编码为10101010最后完整的码字为：最后完整的码字为：010110100101101020 I=8kHz*8bit=64kbit/sI=8kHz*8bit=64kbit/s 实际中，麦克风采集信号

19、，量化为实际中，麦克风采集信号，量化为12/13/14/15/1612/13/14/15/16位的输入信号，使用位的输入信号，使用A A律压扩编码，律压扩编码，每个样本的量化位为每个样本的量化位为8 8。A A律压扩编码的速率：律压扩编码的速率：21对输入信号范围（对输入信号范围（-1,1-1,1）：）：A A律压扩编码的最小量阶为律压扩编码的最小量阶为 minmin=(1/128)/16=1/2048;=(1/128)/16=1/2048;在同样的输入信号范围，均匀量化的线性在同样的输入信号范围，均匀量化的线性PCMPCM以以A A律压扩编码的最小量阶为量阶进行量化，得到律压扩编码的最小量阶

20、为量阶进行量化，得到线性线性PCMPCM需要需要1212比特编码；比特编码；=2V/L=2V/2=2V/L=2V/2R R2/22/2R R=1/2048=1/2048 2 2R R2*2048 R=122*2048 R=12 A A律压扩编码则只需要律压扩编码则只需要8 8个比特位。个比特位。A A律压扩编码与线性律压扩编码与线性PCMPCM编码的对比编码的对比22二、增量调制编码二、增量调制编码 1.1.增量调制的定义：增量调制的定义：增量调制（增量调制（DMDM）也称为也称为 调制，是对输入样本调制，是对输入样本s(k)s(k)和和预测样本值预测样本值s se e(k)(k)的差值的差值

21、d(k)d(k)量化的最简单的一种情况，量化的最简单的一种情况，只有两种编码输出：只有两种编码输出：0 0或或1 1。一般情况下，如果差值大于。一般情况下，如果差值大于0 0，则编码为，则编码为“0”0”，若差值小于，若差值小于0 0，则编码为，则编码为“1”1”。由于增量编码只须用由于增量编码只须用1 1位对语音信号进行编码，所以位对语音信号进行编码，所以对增量调制编码系统称为对增量调制编码系统称为“1 1位系统位系统”。对于译码：每收到一个对于译码：每收到一个1 1码，则译码器的输出相对于码，则译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶，每收到一个前一个时刻的值上升一个量阶，每收到一个0

22、 0码，则译码码，则译码器的输出相对于前一个时刻的值下降一个量阶。器的输出相对于前一个时刻的值下降一个量阶。232.增量调制增量调制(DM)(DM)的结构的结构s se e(k)-(k)-发送端发送端s(k)+s(k)+量化器量化器预测器预测器 I(k)I(k)s sr r(k(k)+编码编码d(k)d(k)s(k)s(k)输入样本输入样本s se e(k)(k)预测样本值预测样本值d(k)d(k)差值差值s sr r(k(k)重建样本值重建样本值I(k)I(k)已量化的差值已量化的差值根据前根据前1 1个抽样值算出个抽样值算出1 1个预测值，个预测值，再取当前抽样值和预测值之差做编码用再取当

23、前抽样值和预测值之差做编码用 243.3.增量调制增量调制(DM)(DM)的编码的编码预测器采取简单的一阶固定预测器。预测器采取简单的一阶固定预测器。s se e(k)=as(k)=asr r(k-1)(k-1)a a为一个常数，一般情况下取，即为一个常数，一般情况下取，即a=1a=1。用重建信号的用重建信号的前一时刻来预测当前时刻的预测样本值。前一时刻来预测当前时刻的预测样本值。s se e(k)=s(k)=sr r(k-1)(k-1)s sr r(k(k)=s)=se e(k)+I(k)=s(k)+I(k)=sr r(k-1)+I(k)(k-1)+I(k)d(k)=s(k)-s d(k)=

24、s(k)-se e(k)(k)I(k)=Qd(k)=I(k)=Qd(k)=d(k)I(k)-0125s se e(k)=s(k)=sr r(k-1)s(k-1)se e(k)=s(k)=sr r(k-1)(k-1)d(k)=s(k)-sd(k)=s(k)-se e(k)0 d(k)=s(k)-s(k)0 d(k)=s(k)-se e(k)0(k)1 M=P1 若若c(n)=c(n-1)c(n)=c(n-1)M=Q1 M=Q1 若若c(n)c(n-1)c(n)c(n-1)本次量化间隔本次量化间隔=前一次量化间隔前一次量化间隔量化调整因子量化调整因子30P=2 P=2 若若c(n)=c(n-1)c

25、(n)=c(n-1)Q=1/2 Q=1/2 若若c(n)c(n-1)c(n)c(n-1)s(k)sr(0)se(1)sr(1)se(2)0 0 sr(2)0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0(k)=M(k-1)(k)=M(k-1)31 另一种调整量阶方法是：如果码字中连续出另一种调整量阶方法是：如果码字中连续出现三个相同的值，量阶就加上一个大的增量，反现三个相同的值，量阶就加上一个大的增量，反之，就加一个小的增量。这种方法称为连续可变之，就加一个小的增量。这种方法称为连续可变斜率增量调制（斜率增量调制（CVSDCVSD）。）。Motorola Motorola 公司的集成

26、公司的集成电路芯片，如电路芯片，如MC3417/MC3517MC3417/MC3517、MC3418/MC3518MC3418/MC3518，采用了采用了CVSDCVSD，前者检测前者检测3 3位，后者检测位，后者检测4 4位连续的位连续的编码。编码。3233 在在PCMPCM中，每个波形样值都独立编码，与其中，每个波形样值都独立编码，与其他样值无关，这样，样值的整个幅值编码需要较他样值无关，这样，样值的整个幅值编码需要较多位数，比特率较高，造成数字化的信号带宽大多位数，比特率较高，造成数字化的信号带宽大大增加。大增加。34 然而，大多数以奈奎斯特或更高速率抽样的信源然而，大多数以奈奎斯特或更

27、高速率抽样的信源信号在信号在相邻抽样间表现出很强的相关性相邻抽样间表现出很强的相关性，有很大的冗，有很大的冗余度。利用信源的这种相关性，一种比较简单的解决余度。利用信源的这种相关性，一种比较简单的解决方法是对方法是对相邻样值的差值相邻样值的差值而不是样值本身进行编码。而不是样值本身进行编码。编码位数显著减少，信号带宽大大压缩。这种利用差编码位数显著减少，信号带宽大大压缩。这种利用差值的值的PCMPCM编码称为差分编码称为差分PCMPCM（DPCMDPCM）。）。如果将样值之差仍用如果将样值之差仍用N N位编码传送，则位编码传送，则DPCMDPCM的量化的量化信噪比显然优于信噪比显然优于PCMP

28、CM系统。系统。35四、自适应差分脉冲编码四、自适应差分脉冲编码ADPCMADPCM 对于长途传输系统，对于长途传输系统，64kb/s64kb/s的速率占用的频的速率占用的频带太宽，通信的费用昂贵，因此人们寻找能够在带太宽，通信的费用昂贵，因此人们寻找能够在更低的速率上获得高质量语音编码的方法，由此更低的速率上获得高质量语音编码的方法，由此提出了提出了G.721 32kb/s ADPCM Adaptive G.721 32kb/s ADPCM Adaptive Difference Pulse Code Modulation Difference Pulse Code Modulation 编

29、码标准，编码标准，利用语音信号样点的相关性和非平稳特点，使用利用语音信号样点的相关性和非平稳特点，使用了自适应预测和自适应量化。了自适应预测和自适应量化。361.ADPCM1.ADPCM的基本思想的基本思想 利用样本（采样值）与样本之间的冗余信息进利用样本（采样值）与样本之间的冗余信息进行编码。对实际样本值与预测样本值之差进行量化行编码。对实际样本值与预测样本值之差进行量化编码，从而减少了每个样本信号的位数。编码，从而减少了每个样本信号的位数。ADPCMADPCM包括两部分的功能：包括两部分的功能：APCMAPCM和和DPCMDPCM。APCMAPCM主主要改变量化间隔；要改变量化间隔；DPC

30、MDPCM主要得到预测样本和差值。主要得到预测样本和差值。(自适应量化可使信噪比改善自适应量化可使信噪比改善4-7dB,4-7dB,自适应预测可使自适应预测可使信噪比改善信噪比改善4dB4dB，ADPCMADPCM比比PCMPCM使用的编码位数减少使用的编码位数减少)37 运用自适应的思想运用自适应的思想,用过去的样本值估算下一个用过去的样本值估算下一个输入样本的值，使实际样本值和预测值之间的差值输入样本的值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。这部分功能称为总是最小。这部分功能称为DPCMDPCM。2.DPCM2.DPCM量化器量化器自适应自适应预测器预测器逆量化器逆量化器s(k)s(k

31、)+s se e(k)(k)-d(k)d(k)I(k)I(k)s sr r(k(k)+d dq q(k(k)+编码编码DPCMDPCM发送端发送端s(k)s(k)输入样本输入样本s se e(k)(k)预测样本值预测样本值d(k)d(k)差值差值s sr r(k(k)重建样本值重建样本值d dq q(k(k)重建差值重建差值I(k)I(k)已量化的差值已量化的差值产生误差产生误差38 e e1 1(n(n)和和e e2 2(n)(n)是量化器和逆量化器的量化噪声。是量化器和逆量化器的量化噪声。一般情况下，一般情况下，e e1 1(n)(n)和和e e2 2(n)(n)的瞬时值不等，的瞬时值不等

32、，d(kd(k)=I(k)-e)=I(k)-e1 1(n)(n)d dq q(k(k)=I(k)-e)=I(k)-e2 2(n)(n)在忽略量化噪声的情况下在忽略量化噪声的情况下 d dq q(k(k)d(k)d(k)d(k)=s(k)-s d(k)=s(k)-se e(k)(k)s sr r(k(k)=)=s se e(k)+d(k)+dq q(k)s(k)se e(k)+d(k(k)+d(k)=s =se e(k)+s(k)-s(k)+s(k)-se e(k)=s(k)(k)=s(k)39逆量化器逆量化器自适应预测器自适应预测器I(k)I(k)d dq q(k(k)s sr r(k(k)D

33、PCMDPCM接收端接收端+s se e(k)(k)+发送端和接收端采用相同的预测器发送端和接收端采用相同的预测器，进行，进行信号的重建。发送端和接收端中除了信号的重建。发送端和接收端中除了I(k)I(k)是数是数字信号，其余信号均为时间离散，幅度未量化字信号，其余信号均为时间离散，幅度未量化的物理量。的物理量。s sr r(k(k)=)=s se e(k)+d(k)+dq q(k(k)403.APCM3.APCM 利用自适应的思想改变量化间隔（量阶）的大利用自适应的思想改变量化间隔（量阶）的大小，即用小的量化间隔去编码小的差值，使用大的小，即用小的量化间隔去编码小的差值，使用大的的量化间隔去

34、编码大的差值，这部分功能称为的量化间隔去编码大的差值，这部分功能称为APCMAPCM。量化器量化器量阶自适应量阶自适应d(kd(k)I(kI(k)量阶量阶(k)(k)APCMAPCM发送端发送端逆量化器逆量化器量阶自适应量阶自适应I(k)I(k)d dq q(k(k)(k)(k)APCMAPCM接收端接收端414.ADPCM4.ADPCM的简单框图的简单框图 ADPCMADPCM编码结合了编码结合了APCMAPCM和和DPCMDPCM两者的特性，量化两者的特性，量化器和预测器均是自适应。将器和预测器均是自适应。将I(k)I(k)已量化的样值编码已量化的样值编码为为4 4个比特，编码速率为个比特

35、，编码速率为32kb/s32kb/s。s(k)s(k)+d(k)d(k)量化器量化器自适应自适应预测器预测器逆量化器逆量化器s se e(k)-(k)-I(k)I(k)s sr r(k(k)+d dq q(k(k)+编码编码发送端发送端量阶自适应量阶自适应(k)(k)42ADPCMADPCM发送端工作过程：发送端工作过程：输入样本输入样本s(k)s(k)，与预测样本值与预测样本值s se e(k)(k)相减后产生差相减后产生差值值d(k)d(k)，对，对d(k)d(k)进行自适应量化，对量化器输出进行自适应量化，对量化器输出I(k)I(k)进行进行4 4个比特位的编码。个比特位的编码。（1 1

36、）码字送给接收端的解码器；）码字送给接收端的解码器；（2 2）对其进行本地解码，进行）对其进行本地解码，进行逆量化逆量化，得到差值信，得到差值信号号d dq q(k(k)，与预测信号与预测信号s se e(k)(k)相加得到本地重建信号相加得到本地重建信号s sr r(k(k)，利用利用s sr r(k(k)、d dq q(k(k)，对下一时刻输入的对下一时刻输入的s(ks(k1)1)进行自适应预测，得到进行自适应预测，得到s se e(k(k1)1)。43ADPCMADPCM接收端接收端逆量化器逆量化器自适应预测器自适应预测器I(k)I(k)d dq q(k(k)s sr r(k(k)+s

37、se e(k)(k)量阶自适应量阶自适应发送端输入样本：发送端输入样本：s(k)=ss(k)=se e(k)+d(k)(k)+d(k)接收端输出重建样本值：接收端输出重建样本值：s sr r(k(k)=)=s se e(k)+d(k)+dq q(k(k)44ADPCMADPCM接收端工作过程：接收端工作过程：将接收的码字进行解码，进行将接收的码字进行解码，进行逆量化逆量化，得到重，得到重建差值信号建差值信号d dq q(k(k)，与预测信号与预测信号s se e(k)(k)相加得到重建信相加得到重建信号号s sr r(k(k)，利用利用s sr r(k(k)、d dq q(k(k)进行自适应预

38、测，得到进行自适应预测，得到s se e(k(k1)1)。自适应预测器和自适应量化器采用发送端的同自适应预测器和自适应量化器采用发送端的同样的对应结构和算法。样的对应结构和算法。45低速率语音编码的应用：低速率语音编码的应用：l 蜂窝移动电台网；蜂窝移动电台网；l 卫星通讯；卫星通讯；l 短波保密通信；短波保密通信；l ISDN ISDN（Integrated Service Digital NetworkIntegrated Service Digital Network）；）；l“语音邮件语音邮件”、“语音存储语音存储”等新型通信业务。等新型通信业务。5.45.4语音信号的参数编码语音信号

39、的参数编码46一、参数编码的特点一、参数编码的特点 由于参数编码是针对语音信号的特征参数，由于参数编码是针对语音信号的特征参数，所以与波形编码不同，只是适用于语音信号。所以与波形编码不同，只是适用于语音信号。常用的编码器为线性预测编码器。常用的编码器为线性预测编码器。47时间（样点）时间（样点）x(n)x(n)x(n-1)x(n-1)x(n-p)x(n-p)p p个点个点线性预测线性预测：48LPC LPC 语音合成图语音合成图清清/浊开关浊开关声道模拟声道模拟滤波器滤波器基音周期基音周期脉冲序列脉冲序列发生器发生器随机噪声随机噪声发生器发生器LPCLPC系数系数增益增益G u(nu(n)输出

40、输出语音语音s(n)s(n)49清音清音/浊音示意图浊音示意图：50a a1 1语音语音输出输出x(x(n)n)线性线性预测预测分析分析基音频率基音频率清清/浊音判别浊音判别参数参数合成合成a a2 2a ap p 基音频率基音频率输入输入语音语音x(n)x(n)清清/浊音标志浊音标志G G51二、二、LPC-10LPC-10编码器编码器 美国确定美国确定LPC-10LPC-10作为作为2.4kb/s2.4kb/s速率上的推荐编码形式，速率上的推荐编码形式，用于第三代保密电话中。（简单的一阶线性预测器，信用于第三代保密电话中。（简单的一阶线性预测器，信噪比改善噪比改善6dB6dB，但级数增加改

41、善速度变缓，十阶以上也只，但级数增加改善速度变缓，十阶以上也只有有12dB12dB ）在其发送端，原始语音信号采用在其发送端，原始语音信号采用8kHz8kHz采样，然后每采样，然后每180180个采样值分为一帧（个采样值分为一帧（22.5ms22.5ms），），提取语音特征参数并提取语音特征参数并加以编码传送。每帧总共编码为加以编码传送。每帧总共编码为54bits54bits，每秒传输每秒传输44.444.4帧，因此总传输速率为帧，因此总传输速率为2.4kb/s2.4kb/s。52s(n)s(n)采样采样(8kHz)(8kHz)基音检测基音检测（AMDFAMDF）清清/浊音浊音检测检测预加重预

42、加重线性线性预测分析预测分析反射系数反射系数增益增益G G参数编码参数编码c(n)c(n)LPC-10LPC-10编码器发送端编码器发送端53预加重：提高语音谱中的高频共振峰，预加重：提高语音谱中的高频共振峰，使得语音使得语音的频谱较为平滑的频谱较为平滑,从而提高普参数估计的精确度。从而提高普参数估计的精确度。预加重滤波器的传递函数为：预加重滤波器的传递函数为：利用短时平均幅度差函数利用短时平均幅度差函数（AMDFAMDF）计算基因周期）计算基因周期G G为增益，为增益，S(i)S(i)为经过预加重的数字语音，为经过预加重的数字语音，M M为分析帧的长度为分析帧的长度54c(n)c(n)解码解码清清/浊音开关浊音开关反射系数反射系数转换为预测系数转换为预测系数基音基音增益增益G G合成器合成器去加重去加重噪声噪声产生产生s(n)LPC-10LPC-10编码器接收端编码器接收端55