语音信号数字化编码
voip工作原理
voip工作原理
VOIP（Voice over Internet Protocol）是一种将语音信息通过互联网传输的技术。
它通过将语音信号转换为数字信号，并使用互联网协议（IP）将数字信号分组进行传输。
VOIP的工作原理如下：
1. 数字化：传统的语音信号是模拟信号，VOIP需要将其转换为数字信号。
这一过程称为信号编码或数字化。
编码算法将语音信号转换为数字表示形式，通常使用压缩技术来减少数据传输量。
2. 数据分组：数字化的语音信号被转换为一系列数据包，每个数据包包含一个特定的数据量。
每个数据包都有一个唯一的标识符，用于将其与其他数据包区分开来。
3. 网络传输：数据包通过互联网传输。
它们使用IP地址确定其路由路径，并且可能通过多个网络节点进行传输。
通过互联网传输数据包意味着可以使用任何支持IP协议的网络连接进行 VOIP通信。
4. 数据包重组：接收方的VOIP设备接收到传输的数据包并将它们重新组合。
这一过程需要按照原始语音信号的顺序将数据包进行排序。
5. 数据解码：重新组合后的数据包被解码为数字信号，并转换回模拟语音信号。
解码过程与编码过程相反。
6. 语音输出：解码后的模拟信号通过扬声器或耳机输出给用户，完成了整个VOIP通话过程。
VOIP的工作原理基于将语音信号转换为数字信号并通过互联
网进行传输，逐步重建原始语音信号并输出给用户。
这种技术可以降低通信成本，并且可以与其他互联网应用集成，提供更多的功能和灵活性。
简述欧美及我国常用的语音编码技术。
欧美及我国常用的语音编码技术1. 介绍在当今数字化时代，语音编码技术在通信、音频处理、语音识别等领域起着至关重要的作用。
欧美及我国都有各自常用的语音编码技术，本文将就这一主题进行深入探讨。
2. PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）是一种最早期的语音编码技术，它将模拟信号转换为数字信号。
PCM编码的优点是精确度高，保真度好，但缺点是需要较大的数据传输速率。
在欧美，PCM编码仍然广泛应用于一些专业音频设备和通信系统中。
3. ADPCM编码ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）是一种自适应差分脉冲编码调制技术，它在PCM编码的基础上进一步压缩了数据量。
相较于PCM编码，ADPCM编码具有更高的压缩比，适用于一些需要节省带宽的场景。
在欧美，ADPCM编码被广泛应用于语音通信、无线通信等领域。
4. G.711编码G.711是国际电信联盟（ITU-T）制定的一种音频编码标准，它包括了μ-law和A-law两种编码方式。
G.711编码通过对声音进行采样和量化，实现了对语音的高效压缩和传输。
在我国，G.711编码是常用的语音编码技术之一，被广泛应用于各类通信系统和音频处理设备中。
5. G.729编码G.729是一种高压缩比的语音编码标准，它采用了先进的语音处理算法，实现了对语音信号的高效压缩和传输。
在欧美，G.729编码被广泛应用于语音通信和网络通信方式等领域。
6. Opus编码Opus是一种开放式、免专利的音频编码格式，它具有低延迟、高音质和高压缩比的特点。
Opus编码在欧美得到了广泛的应用，尤其是在互联网音频传输、实时语音通信等领域。
7. 总结欧美及我国常用的语音编码技术包括了PCM编码、ADPCM编码、G.711编码、G.729编码和Opus编码等多种标准和格式。
这些编码技术各具特点，适用于不同的场景和需求。
随着科技的不断进步和创新，相信未来还会有更多更先进的语音编码技术出现，为语音通信和音频处理领域带来更多的可能性。
数字通信原理第二章 PCM
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抽样示意图
m (t)
M ( )
t (a ) T (t)
t
(c ) m s(t)
－ H O H (b )
T ( )
2
T
(d )
M s( )
t (e )
H O H
2
T
(f )
20
证明
设：被抽样的信号是m(t),它的频谱表达式是 M(ω)，频带限制在（0，fH)内。理想的抽样 就是用单位冲击脉冲序列与被抽样的信号相 乘，即
图 连续信号抽样示意图
8
抽样定义
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列 时间上离散的样值序列的过程：
图 抽样的输入与输出
满足：抽样信号可以无失真地恢复出原始 信号
图2-2 抽样器及抽样波形示意
图 相乘器抽样模型 图 开关函数
思考
关于抽样需要解决两个问题： 由抽样信号完全恢复出原始的模拟 信号，对 fs (t)和抽样频率有什么限制 条件？ 如何从抽样信号中还原出原始信号？
ms(t)m(t)T(t)
这里的抽样脉冲序列是一个周期性冲击序列， 它可以表示为
T(t) (t nTS)
21
由于δT(t)是周期性函数，其频谱δT(ω) 必然是 离散的：
2
δT(ω)= Ts δ(ω-nωs),
ωs=2πfs= 2π/Ts
根据冲击函数性质和频率卷积定理：
M s()21 M ()T()
抽样：按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散 的抽样信号。 量化：把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散，即指定M 个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。 编码：用二进制码组表示量化后的M个样值脉冲。
编码器送出来的是串行二进制码，是典型的数字信号，经变换调制
数字通信中的语音编码技术
数字通信中的语音编码技术数字通信技术是当前社会中应用最为广泛的一种通信方式，我们平时使用的手机、电脑、电视等都是基于数字通信技术实现的。
而在数字通信领域中，语音编码技术是其中非常重要的一个领域。
本文将会对数字通信中的语音编码技术进行详细介绍，包括其概念、应用和实现原理等方面。
一、语音编码技术概述语音编码是一种将人类语音转换成数字信号的技术。
正常人类语音每秒钟会有约25帧的语音信号，每帧包含了很多信息。
如果在数字通信系统中直接把语音信号传输，将会占用很大的带宽，造成通信的负担。
因此，对于数字通信系统来说，我们需要对语音信号进行压缩和编码处理，以便于在数据传输过程中占用更少的带宽，从而提高通信效率。
语音编码技术主要有两个阶段，即语音信号的采样和量化和语音信号的压缩编码。
采样和量化是指将语音信号转化为数字信号，并对数字信号的每一个样本进行一定的量化。
而压缩编码则是将量化后的语音信号进行编码，使其占用更少的位数，从而实现带宽压缩并提高通信效率。
语音编码技术的主要应用领域是手机通信和VOIP（网络电话），手机通信是我们日常生活中必不可少的通信方式之一。
由于手机的通信信道有限，因此需要对语音信号进行压缩编码以节省通信资源，从而实现高清晰度的通话。
而VOIP则是在互联网上进行语音通话的技术，也需要使用语音编码技术实现高质量的通话。
二、语音编码技术的实现原理语音编码技术的实现原理涉及到数字信号处理、信息论和信号处理等多个方面。
具体来说，语音编码技术的实现主要包括以下几个步骤：1、语音信号的采样和量化。
语音信号的采样和量化将模拟语音信号转换为数字信号。
在这一步骤中，对于语音信号的每一个样本进行一定的量化，将其表示为二进制数，以实现数字化信号的传输、处理和存储。
2、语音信号的预处理。
为了提高语音信号的编码效果，需要对语音信号进行预处理。
主要有高通滤波、分帧、时域抖动平滑等处理方式。
预处理的目的主要是消除语音信号中不必要的信息，以减少编码后的数据量。
数字话音编码
数字话音编码对于数字移动通信，话音的数字化，即数字话音是其重要标志，而数字话音编码是其重要技术之一。
在数字通信中，信息的传输是以数字信号形式进行的，因而在通信的发送端和接收端，必须相应地将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换成模拟信号。
数字话音编码为信息源编码，将模拟话音信号变成数字信号以便在信道中传输。
数字话音编码方式将直接影响数字集群移动通信的通信质量、频谱利用率和系统容量。
1. 波形编码波形编码是基于对语音信号波形的数字化处理，试图使处理后重建的语音信号波形与原语音信号波形保持一致。
波形编码是将时间域信号直接变换成数字代码，其目的是尽可能精确地再现原来的话音波形。
其基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率进行抽样，然后将幅度样本分层量化，并使用代码来表示。
解码即将收到的数字代码经过解码和滤波恢复为原模拟语音信号。
波形编码的优点是实现简单、语音质量较好、适应性强等；缺点是话音信号的压缩程度不是很高，实现的码速率比较高。
波形编码的比特率一般为16～64 kbit/s，它有较好的话音质量与成熟的技术实现方法。
当数码率低于32 kbit/s 时，音质明显降低，低于16 kbit/s时，音质就非常差了。
因而，波形编码在对信号带宽要求不太严的通信中得到应用，对于频率资源相当紧张的移动通信来说，这种编码方式显然不适合。
2. 声源编码声源编码又称参量编码，它是对模拟语音信号在频率域或其他正交变换域提取特征参量，并把特征参量变换成数字代码进行传输。
其反过程为解码，即将收到的数字代码变换后恢复成特征参量，再依据此特征参量重新建立模拟语音信号。
这种编码技术可实现低速率语音编码，比特率可压缩到2～4.8 kbit/s。
3. 混合编码混合编码是将波形编码和参量编码结合起来，力图保持波形编码话音的高质量和参量编码的低速率。
规则码激励长期预测编码（RPE-LPT）即为混合编码技术。
混合编码数字语音信号中既包括若干语音特征参量，又包括部分波形编码信息，它可将比特率压缩到4～16 kbit/s，其中在8~16 kbit/s内能够实现良好的话音质量，故这种编码技术是数字移动通信最适合采用的话音编码技术。
语音信号数字化
语音信号数字化语音信号是模拟信号，其频率为300 Hz～3.4 kHz。
原始语音信号如图2-1所示。
要将语音信号在数字传输系统中进行传递，就必须使模拟的语音信号数字化。
语音信号数字化是进行数字化交换和传输的基础。
语音信号数字化的方法有很多，用得最多的是PCM。
PCM是将模拟信号数字化的取样技术，它可将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。
在PCM传输系统中，发送端的模拟语音信号经声/电转换成模拟电信号，根据采样定理（采样过程所应遵循的规律，又称抽样定理、取样定理）对模拟电信号进行取样，取样之后进行幅度量化，最后进行二进制编码。
经过抽样、量化和编码3个模数变换（A/D）过程，模拟电信号变成一连串二进制PCM数字语音信号，进入传输线路进行传输，传输至接收端后，PCM数字语音信号经过模数反变换（D/A）还原为模拟信号，再由低通滤波器恢复出原始的模拟语音信号，就完成了语音信号的数字化传输，如下图所示。
PCM过程的各阶段语音信号波形如下图所示。
1.抽样抽样又称采样，是指在时间轴上等距离地在各取样点取出原始模拟信号的幅度值。
1928年，美国电信工程师H.奈奎斯特（H.Nyquist）提出了采样定理。
采样定理说明了采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。
采样定理为采样频率建立了一个足够的条件，该采样频率允许离散采样序列从有限带宽的连续时间信号中捕获所有信息。
（1）奈奎斯特采样定理。
在进行模/数转换过程中，当采样频率fs大于或等于信号中最高频率fmax的2倍时，采样之后的数字信号会完整保留原始信号的全部信息。
一般实际应用中保证fs为fmax的2.56～4倍。
（2）语音信号抽样。
由采样定理可知，当满足奈奎斯特采样定理条件时，在接收端只需经过一个低通滤波器就能够还原成原模拟信号。
这一过程称为脉冲振幅调制(pulse amplitude modulation，PAM)。
取样后的信号称为脉冲振幅调制信号。
2.7语音信号的数字化
GSM 手机采用规则激励 线性预测（RPE-LTP）语音 编码器，原理框图如所示。
（1）线性预测器 它是由 8 抽头滤波器组成的 8 个声域分 析电路。
（2）长周期预测器 它提取的特征参数用于表征浊音的音 调结构。
（3）激励脉冲发生器 输入的语音数据信号与合成预测值 Sn二者进行比较获得误差电信号。
优势：较少的 量化级数就可以获 得高信噪比。如图 所示 为实现非均匀 量化的方案。
数字通信中，我国采用 A 律 13 折线压缩特性，其压缩曲 线如图所示。
坐标横轴代表输入信号 vi ，最大输入信号幅度为 1，在 vi 的 0 ~ 1 区间分为 8 个量化段，分段点为 0、1/2、1/4、1/8、 1/16、1/32、1/64、1/128，最小输入信号范围间隔最小。大输入 信号间隔最大，横轴各个段分为 16 等分。纵轴代表压缩后的输 入信号 vo，选取 8 个分段点：1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、 7/8、1 从上图可知，8 个断点的折线斜率是不同的 ，第一折线 斜率小
（1）均匀量化 将取样信号幅度变化范围划分为若干量化等级，每个量化 等级的间隔相等，称为均匀量化。如图所示为均匀量化的传输 特性，语音信号的取样幅度在 -V ~ +V 内连续变化，对应的量 有8个。
量化误差：量化值与实 际样值之间的误差。小信号 的量化误差大。
（2）非均匀量化 对小信号采用小级差量化，大信号采用大级差量化，克服 了均匀量化产生的小信号量化误差大的缺点。
图所示为一个简单的取样电路。
信号受控于取样脉冲， 当取样脉冲来的时候，场效 应晶体管 VT 的栅极加上正 向电压，导通，输入信号经 过场效晶体管的漏极-源极到 达输出端。没有取样脉冲时 VT 截止，信号不能通过。
声音信号的数字化过程
声音信号的数字化过程声音是一种由空气震动产生的机械波，具有频率和振幅两个基本特征。
为了将声音信号进行处理、存储和传输，需要将其转化为数字信号，即进行数字化处理。
声音信号的数字化过程可以分为采样、量化和编码三个步骤。
首先是采样过程。
采样是指在时间上对连续的声音信号进行离散化处理，将其转化为一系列离散的采样值。
采样过程需要以一定的频率进行采样，采样频率越高，采样点越多，对原始声音信号的还原就越精确。
常用的采样频率为44.1kHz或48kHz，这是为了满足人耳对声音的听觉需求而设定的。
接下来是量化过程。
量化是指对采样得到的离散采样值进行幅度的离散化处理，将其转化为一系列离散的量化值。
量化过程需要确定一个量化级别，即将连续的幅度范围划分为有限个离散的幅度值。
量化级别越高，对声音信号的还原就越精确，但同时会增加数字化后的数据量。
通常采用的量化级别为16位或24位，分别对应于2^16和2^24个离散的幅度值。
最后是编码过程。
编码是指将量化后得到的离散量化值转化为二进制数，以便计算机进行处理。
常用的编码方式有脉冲编码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。
PCM是将每个量化值直接转化为对应的二进制数，而DPCM则是通过利用前一采样值与当前采样值之间的差异来进行编码，可以进一步减小数据量。
编码后的数字信号可以通过存储介质或网络传输等方式进行处理和传输。
声音信号的数字化过程使得我们能够方便地对声音进行处理、存储和传输。
数字化后的声音信号可以通过计算机进行音频编辑、混音等处理，也可以方便地存储在数字设备中，如CD、MP3等。
此外，数字化的声音信号还可以通过网络传输，使得人们可以随时随地地进行语音通信和音乐分享。
然而，声音信号的数字化过程也存在一些问题。
首先是采样过程可能会引入采样误差，特别是在采样频率较低或声音信号频率较高的情况下。
其次是量化过程可能会引入量化误差，即由于量化级别有限而导致的信号失真。
此外，编码过程也可能会引入编码误差，特别是在使用压缩编码算法时。
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语音信号数字化编码
随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。
由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。
这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路——模数和数模转换器。
语音信号的数字化的编码的实现就是将一个语音信号转换成数字信号。
标签：语音信号；数字信号；模数转换
1 设计要求
1.1 语音信号的数字化编码的实现即将模拟信号进行数字化处理。
1.2 要求运用pcm编码（脉冲编码调制）的基本原理。
1.3 要求软硬件结合。
2 设计原理
语音信号数字化编码的实现就是将一个语音信号转换成数字信号。
语音是人类发音器官发出的，具有一定意义的，能起到社会交际作用的声音。
普通人语音信号频率范围20HZ——20KHZ。
语音信号转换电信号的过程：声音通过空气把震动传给声音传感器的薄膜，薄膜振动带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生大小不一的电流。
通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（pcm），简称脉码调制。
Pcm系统的原理方框如图1所示，在编码器中有冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的值。
这个抽样值仍是模拟量。
在它量化之前，通常用保持电路将其作短暂的保存，以便电路有时间对其进行量化。
在实际电路中，常把抽样和保持电路作在一起，称为抽样保持电路。
图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后再编码器中进行二进制编码。
这样，每个二进制码组成就代表一个量化后的信号抽样值。
3 基本电路
5 设计总结
21世纪是信息时代。
信息技术的迅猛发展和广泛应用为教学提供了丰富的学习资源，所以我们有必要了解信号的传输常用两种模式——模拟信号和数字信号。
数字化传输与交换的优越性：①加强了通信的保密性。
②提高了抗干扰能力。
数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压（称为阈值）去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生）。
较小杂音电压到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。
因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。
为了防止误码，在电路中设置了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。
因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的線路。
③可构建综合数字通信网。
采用时分交换后，传输和交换统一起来，可以形成一个综合数字通信网。
由于模数转换器在数字多媒体电子系统中应用的扩大，其市场呈稳步增长势头。
同时人们对转换器性能的要求越来越高，其技术难度越来越大，但是对模数转换技术的研究开发更加活跃，不断将产品向更高性能推进。
如今，模数转换技术已经变得复杂多样，但由以上分析可以看出，它有着如下的发展趋势：
结构不断简化。
一方面减少制作难度相对较大、在芯片中特性匹配要求较高的部件的数量，减少高速比较器、宽带运放、精密电阻等（如由全并行方式发展到两步法、多步法，又发展到将信号预处理的折叠、内插法）；另一方面减少模拟部件，尽可能多地采用成熟的数字电路（如新发展的Σ△结构）。
高速下尽可能的提高分辨率。
如采用过采样Σ△模数转换形式、流水线型转换方式以及折叠插值型转换方式，提高转换器的分辨率。
总之，各种技术的运用以及集成电路工艺的发展，一定会把模数转换推向速度快、精度高、成本低以及结构简单的发展方向。