数字语音讲义编码技术
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中的语音编码技术是指将人类语音信号压缩为低比特率数字信息以便于数字通信传输的技术。
语音信号是一种具有高峰值和高频带宽的信号，因而传输语音信号需要占用大量的带宽，现代数字通信使用语音编码技术，可以将语音信号编码后压缩为低比特率数字信号，降低了数据传输量，提高了通信效率。
语音编码的基本原理是有损压缩技术。
它将语音信号的特征参数提取出来，使用一系列数学模型和算法将特征参数编码为数字信号。
在接收端，接收到数字信号后，进行解码和还原过程即可得到原始的语音信号。
语音编码技术有多种方法。
以下几种语音编码技术已经得到广泛应用。
1. PCM编码PCM编码是将模拟语音信号直接进行抽样量化，按照一定的位数将每个数字成码字，这是最简单、常见的一种压缩方法。
其原理是将连续的模拟信号转换为一连串数字信号，使其成为数字信号。
PCM编码处理效率较高且压缩率较低，但是容易受到信道噪声的干扰，使得音质明显降低。
2.ADPCM编码ADPCM编码是自适应差分脉冲编码，从语音的脉冲模式和动态范围的角度来处理压缩问题，可以快速反应出语音发生的动态变化。
由于ADPCM编码采用不同的量化等级来减小数据流量，因此它比PCM编码具有更高的压缩率，但引入了一些误差，使音质受到一定程度的影响。
3.MDCT编码MDCT编码方法是一种新兴的时间-频率分析技术。
通过对语音信号做窗口变换获取信号的频谱信息，再使用变换系数压缩来实现信号的压缩。
由于它在处理音乐的时候效果明显，在语音信号的压缩方面也得到了广泛的应用。
MDCT编码的压缩效率较高并偏向于无损压缩，音质稳定，而且它及其变种已经被广泛争用于现代音频编码器中。
语音编码技术的应用已经涉及到广泛的领域，如语音通信、数据存储、音视频等等。
语音编码技术将语音信息转换为数字信息、压缩和解压缩，已经成为现代数字通信中不可或缺的一部分，促进了数字通信技术的发展。
语音编码技术
★混合编码
• 结合了原有波形编码器质量好和声码器速率低的持 点．克服了它们各自的弱点，称为混合编码算法。 • 最典型的算法都利用线性预测(LP)，采用分析合成方法 (Analysis—by—Syntheie,AbS)构成． • 能在4Kb／s一16Kb／s的中速率上得到高质量合成语 音． • 如多脉冲激励线性预测编码(MPLPS)、规则脉冲激励线 性预测编码(RPELPC)、码本激励线性预测编码(CELP) 等。
三类语音编码器 ●波形编码 ●参数编码 ●混合编码
★波形编码
• 波形编码以重构语音波形为目的，力图使重建语音波 形保持原话音信号的波形。 • 编码时用数据表示语音信号的时间波形，在解码端通 过重构与原始语音信号相似的波形来得到近似的话音。 • —般具有适应能力强、话音质量好等优点，但所需用 的编码速率高。 • 如脉冲编码调制(PCM)。自适增量调制(ADM)、自适差 分编码(ADPCM)、自适预测编码(APC)、子带编码(SBC、 自适应变换编码(ATC)等都属于这类编码。 • 它们能在64Kb／s一16Kb／s的速率上获得较高的编码 质量。
第2章 语音编码技术
第2章 语音编码技术
本章主要内容 ●语音编码方法、性能及标准 ●语音信号的采样和量化 ●语音模型和LPC声码器 ●数字音频编码标准 ●语音编码器的实时实现
2.1 引言
外部音频 设备
●语音、图像采集
音箱 耳机
话筒
声卡
主机板
硬盘 软驱
电视信号 摄像机 外部网络
视频 捕捉卡 网卡
CPU
话音编码研究的目标 ●在4Kb／s时达到长途电话质量 ●在2.4Kb／s左右达到通信质量
语音质量评定方法
• 主观评定方法是以人类听话时对语音质量的感觉来评 定。 • 客观评定方法有信噪比、加权信噪比、平均分段信噪 比等时域的测量方法，还有谱失真测度和LPC倒谱距离 测度等频域测量方法。
数字通信中的语音编码技术
数字通信中的语音编码技术随着数字移动通信的高速进展，专门是第三代移动通信的进展，使得当今的信道环境变得极其复杂。
如何在日趋恶劣的通信环境中保持良好的通话质量，增加通信系统容量，使人们能更加有效地产生、传输、储备和猎取语言信息，这关于促进社会进展具有十分重大的意义。
语音编码技术能够有效地压缩语音信号的传输带宽，增加通信系统的容量，给解决这一问题提供了一个有效的途径。
本文第一简单介绍了语音编码技术的数学基础、差不多概念和进展现状，并简单地分析了数字移动通信的特点，总结了适合数字移动通信的语音编码技术的特点。
结合目前大伙儿使用的中国移动（GSM）和中国联通(CDMA)数字移动通信系统，对其使用的RPE-LTP和QCELP编码技术做了详细的讨论。
并对正处于产业化进展时期的3G三大主流技术拟采纳的编码技术做了简单的介绍。
关键词: 数字移动通信，语音编码，变速率编码，3GABSTRACTWith the rapid development of the digital mobile communication , especially the development of the 3G , the channel become extreme complex . How to keep a good quality of call in the more and more worsen communication condition and improve the capacity of the system, it is very important for the development of the society .which make people to produce transfer , store and capture the information more efficient.The technology of speech coding offers a way to meet this challenge.It can efficiently compress the transmission bandwidth of speech signals，to improve the capacity of the system.First this text introduced the mathematics foundation,basic concept and the development conditions of speech coding in brief,and analyzed the characteristics of the digital mobile communication. At the foundation this text put forward the charcateristics of speech coding that fit for the digital mobile communication system.Bond with CHINA MOBILE (GSM)and CHINA UNICOM(CDMA) we are currently using,and discuss the RPE-LTP and QCELP speech coders they used in detail.At last this text simple introduced the speech coders of three essential techniques in 3G.KEYWORDS: Digital Mobile Communication,Speech Coding,Variable Rate Speech Coding ,3G前言现代社会已步入信息时代，世界各国都在致力于现代通信技术的开发以及现代综合通信网的建设。
【精编】语音编码技术.PPT课件
想一 想
水循环会对地理环境产生什么影响？
5.水循环的地理意义
a.维持全球水量平衡，使陆地淡水资源得到补充、更新和再生
b. 联系四大圈层（水圈、大气圈、生物圈和岩石圈）， 进行物质迁移和能量交换。
c.影响全球气候和生 态，雕塑地表形态。
想一 想
水循环的意义
维护了全球水量平衡 ----- 水量平衡器 使淡水资源不断更新 -----天然淡水制造厂 调节全球热量平衡 ------大自然的空调 塑造着地表形态 ------ 地形雕塑师
复语音的短时频包络。
202在1/7/31发端引入合成装置，合成/分析法
26
4.2.5 自适应多速率语音编码（AMR）
为什么研究AMR编码?
WCDMA将支持多媒体业务,并支持电路交换、分 组交换方式
移动信道的变化，系统不能工作在最佳的信源和信 道编码速率。如GSM，固定速率编码
信道质量差时，信道编码不足以纠正传输错误，此时应改进信道编码， 减小信源编码，提高语音质量
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语音编码的发展
极低速率语音编码，600bps 高保真语音编码 自适应多速率语音编码 新的编码分析技术：
非线性预测 多精度时频分析技术（子波分析技术） 高阶统计分析技术
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6.2 语音波形编码
6.2.1 语音波形编码概述
人的语音频带范围为300～3400Hz（一般为0～3400Hz）。 波形编码是直接在时间域上将模拟的语音信号变换为数字 信号。图6.2示出了语音波形数字编码的原理框图。陆地水：约占 Nhomakorabea.5%;
第四节：水循环和洋流
蒸发 我叫小水水汽滴，住在大海里，喜欢到处旅行。这天，我和 伙伴们输正送在海面嬉戏。在阳光的照耀下，不知不觉的身体
数字通信中的语音编码技术
机波激 励产生较小幅度 的声波 ， 其波形 与噪声相似 ， 这就是清
、 为期信号源表 示浊音激励 源， 随机 在数字移动 电话通信中， 发送端需要把模拟语音信号变换 音。Ｃ 语 音信号产 生模型 ：
该模 型主要 参数 ： 基音周期Ｔ、 清 为数字信号， 然后进行传输 这一过 程即是语 音编码 。 语音 编码 性信号源 表示清 音激 励源。
条 路径滤出信号低 频部分， 并通过 波形编码传 输 出去。 在接收
端 语音合成器中， 接收 到的低频语音信号经过 适当组合 以及平 滑 处理后， 作为激 励信 号输入到数 字滤波器 中以恢 复语 音， 而
２ 语音编码分类
２１ 波形编 码 ．
对语 音信号波形直接编码， 码器输出数字信号表示取样 编 点的波形值或 其变 化量。 Ｃ 、 是两种基本波 形编 码方 法。 Ｐ Ｍ ＡＭ （）、 １ 脉冲编码调制 （ Ｃ ） Ｐ Ｍ 将模 拟信号抽 样、 量化 、 到变换 直
为了使激 励信号含有更多语音信号， 激励 源可以从 语音质量 ： 语音质量评价方 法有客观评价法和主观评 价法 ， 最 号过于粗糙， 这 有 常用的主观评价法是 “ 平均评价得分” 采 用５ 。 分制， ．～４５ ４０ ．为 语 音波形信号本 身来 提取 ， 就是声激励声码器 。 两条不同 一条路 径产生通常线性预测参 数并传送 出去， 另一 高质 量数字 化语 音， ．左 右为通信质 量。（ ） ３５ ３ 编解码延 时： 解 传 播途径 ， 码器输 出语音信号相对于编码器输入语 音信号的延时。
振动为清音。
Ｉ 为， ∑厶 （ ） 于等带 宽子带编码 有： △ ＝ ／ ， ｚ 卜３对 △Ｂ＝ Ｂ ＢＭ 则 ｓ＝ ＝ＢＭ１ ）这 — ＝Ｂｍ Ｒ 。 表示各子 带每 从而发出不同音素。 音素分两类： 伴有声带振动为浊音， 声带不 ｆｋ ＡＢ ２ ／ （ ４， 时，，２／艺 （ ） 如果Ｒ
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。
语音编码基础知识
二、语音编码的关键技术 语音信号中存在两种类型的相关性： （1）样点间的短时相关性 （2）相邻基音周期之间的长时相关性
1. 语音信号的短时预测模型
(4)CS-ACELP：共轭结构的代数码本激励线性预测 Conjugate Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction
(5)RPE-LTP：长时预测的规则脉冲激励的线性预 测Regular-Pulse Excited LPC with a Long-Term Predictor
一般地，要求编解码延时不超过5－10ms。
A端的信号＋B端经混 合线圈的回传信号
A端
B端
B端的信号＋A端经混
合线圈的回传信号
2.语音压缩系统的性能指标和评测方法 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： （1）广播级 （2）网络或电话级 （3）通信级 （4）合成级
语音质量有主观和客观两种评价方法。
bi z (Di)
长时预测滤波器 iq
D为基音周期，长时预测系数{bi}的个数取1 （q=r=0）或3(q=r=1)。 D、{bi} 从语音信号中直 接提取。语音信号通过长时预测，得出基音周期、
增益（振幅大小）。
激励发生器 1
e(n)
P(z)
1
x(n)
A( z )
完整的语音信号的预测模型
3.感觉加权滤波器
2.参数编码（声源编码 parametric coding）：