语音信号处理 (27).ppt

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1、16.1 6.1 矢量量化的矢量量化的基本原理基本原理26.1 6.1 矢量量化的基本原理矢量量化的基本原理矢量量化矢量量化标量量化标量量化把抽样后的信号值逐把抽样后的信号值逐个进行量化个进行量化将将k(k2)k(k2)个抽样值个抽样值形成形成K K维空间维空间Rk中的中的一个矢量，然后将此一个矢量，然后将此矢量进行量化矢量进行量化分类分类3矢量量化技术的发展历程矢量量化技术的发展历程最佳矢量量化问题最佳矢量量化问题Steinhaus19561956年年如何划分量化区间如何划分量化区间及求量化值问题及求量化值问题Loyd和和Max19571957年年提出实际矢量量化器提出实际矢量量化器Buzo

2、19781978年年LBG算法算法Linde,Buzo和和Gray19801980年年6.1 6.1 矢量量化的基本原理矢量量化的基本原理发展发展4矢量量化器的效果矢量量化器的效果1980，美国加州公司的，美国加州公司的Wong和和Juang，线性声码器线性声码器2.4kbps800bps1983，美国，美国BBN公司的公司的Makhoul，分段式声码器分段式声码器150bps可懂语音可懂语音图图6.1声码器声码器6.1 6.1 矢量量化的基本原理矢量量化的基本原理效果效果5 矢矢量量量量化化是是先先把把信信号号序序列列的的每每K K个个样样点点分分成成一一组组，形形成成K K维维欧欧氏氏空空

3、间间中中的的一一个个矢矢量量，然然后后对对此此矢量进行量化。矢量进行量化。定义定义定义定义6.1.6.1.矢量量化的原理矢量量化的原理66.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理定义定义示例示例图图6.2四维矢量形成示意图四维矢量形成示意图7 矢矢量量量量化化是是先先集集体体量量化化X X1 1 ,然然后后量量化化X X2 2，依次向下。下面以依次向下。下面以K K=2=2为例说明其量化过程。为例说明其量化过程。图图6.3 6.3 矢量量化示意图矢量量化示意图6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理图形图形描述描述8量化矢量量化矢量(或称重构矢量或称重构矢量)：利用最小失真原则，

4、分别计算：利用最小失真原则，分别计算用量化矢量用量化矢量Y Yi i（i=1i=1，2 2，7 7）替代）替代X X所带来的失真，其中所带来的失真，其中最小失真所对应的那个矢量最小失真所对应的那个矢量Y Yj j，就是模拟矢量，就是模拟矢量X X 的量化矢量。的量化矢量。码书码书：量化矢量构成的集合称为码书：量化矢量构成的集合称为码书(Codebook)(Codebook)。码码字字：码码书书中中的的每每个个矢矢量量Y Yj j （i=1i=1，2 2，N N）称称为为码码字字(Codeword)(Codeword)。6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理思考：这些概念对应着标量量化

5、中的哪些？思考：这些概念对应着标量量化中的哪些？概念概念9矢量量化定义矢量量化定义:把把一一个个K K维维模模拟拟矢矢量量的的有有序序集集（称称为为信信源源矢矢量量集集合合）中中的的某某个个矢矢量量XX映映射射为为N N个个量量化化矢矢量量构构成成的的有有限限集集（码码书书或或码码本本）中中的的某某个个矢矢量量（码码字字或或码矢）码矢）Y Y ，这种映射称为矢量量化。定义为：，这种映射称为矢量量化。定义为：6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理数学描述数学描述10 一个矢量量化器可以表示成以下三个部分：一个矢量量化器可以表示成以下三个部分：码书：码书：空间划分：空间划分：S=S=映射

6、：映射：q q：其中，其中，S Si i是是R Rk k的一个子集且满足的一个子集且满足 矢量量化器矢量量化器Q()Q()的性能，以其输入矢量的性能，以其输入矢量X X和输和输 出矢量出矢量Y Y=q q(X X)的失真平均值而定，失真平均值为：的失真平均值而定，失真平均值为：D(Q,F)=Ed(X,Y)=Ed(X,q(X)6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理数学描述数学描述11 失真测度的选择直接影响矢量量化系统的性能。失真测度的选择直接影响矢量量化系统的性能。失失真真测测度度是是以以什什么么方方法法来来反反映映用用码码字字Y Yi i代代替替信信源矢量源矢量X X时所付出的代价

7、。时所付出的代价。即即 式中式中E E 表示求期望。表示求期望。失真测度失真测度6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理概念概念126.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理加权平方失真测度加权平方失真测度绝对误差失真测度绝对误差失真测度平方失真测度平方失真测度常用的失真测度有如下几种：常用的失真测度有如下几种：131.1.必须在主观评价上有意义。必须在主观评价上有意义。2.2.必须在数学上易于处理，能导致实际的系必须在数学上易于处理，能导致实际的系统设计；统设计；3.3.必须可计算并保证平均失真必须可计算并保证平均失真D=ED(X,Q(X)D=ED(X,Q(X)存在；存在；4.

8、4.采用的失真测度，应使系统容易用硬件实现。采用的失真测度，应使系统容易用硬件实现。要使所选用的失真测度有实际意义，必须要求它具有以下几个特点：要使所选用的失真测度有实际意义，必须要求它具有以下几个特点：6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理14 用最小失真的方法用最小失真的方法-最近邻准则最近邻准则NNRNNR（Nearest Nearest Neighbor Rule)Neighbor Rule)）来设计矢量量化器，满足下式：）来设计矢量量化器，满足下式：式中式中 I IN N=1,2,=1,2,i i,N N ；N N 码书的大小；码书的大小；符号符号 表示充分必要条件。表示充分必要条件。矢量量化器原理矢量量化器原理6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理原理原理15矢量量化原理框图矢量量化原理框图6.1 6.1 矢量量化基本原理矢量量化基本原理图图6.4 6.4 矢量量化示意图矢量量化示意图