语音变换和压缩编码实验
语音的压缩编码
长途电话 (8 KHz x 8 bit x 1), 时分多路复用TDM (time-division multiplexing)
应用于全频带数字声音的表示/存储:
CD-DA（CD唱片），DAT (44.1 KHz x 16 bit x 2)
原理： 声音信号具有很强的相关性，可从已知信号来预测未知信号, 即使用前面的样本预测当前的样本，实际样本值与预测值之间的误差往往很小。 利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值， 效果：量化位数可以显著减少，从而降低了总的码率。
+
预测值
差值
重建信号
DPCM
编码输出
CCITT G.721 ADPCM编码器
A
量化阶适配器
自适应
( 4 位 )
6阶自适应线性预测， 4位的自适应量化器， 输出码率： 8k x 4 = 32 kbps
ADPCM 小结
PCM话音质量 4.5级 ADPCM话音质量 4.34级,码率降低一倍(32 kbps)。 ADPCM应用： 数字语音通信 多媒体应用中的语音（解说词）
ADPCM自适应差分脉冲编码调制 (Adaptive Differential PCM)
增量调制(DM)
差分脉冲编码调制 DPCM
实际样本值
利用样本与样本之间存在的相关性进行编码，即根据前面的样本估算当前样本的大小，然后对预测误差进行量化编码。
差值
线性预测公式： Xn = A1*Xn-1 + A2*Xn-2 + ... + Am*Xn-m
举例
根据输入样本幅度的大小来改变量化阶大小。 可以是瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变，也可以是音节自适应，即量化阶的大小在较长时间周期里发生变化。
语音信号处理实验报告实验二
语音信号处理实验报告实验二一、实验目的本次语音信号处理实验的目的是深入了解语音信号的特性，掌握语音信号处理的基本方法和技术，并通过实际操作和数据分析来验证和巩固所学的理论知识。
具体而言，本次实验旨在：1、熟悉语音信号的采集和预处理过程，包括录音设备的使用、音频格式的转换以及噪声去除等操作。
2、掌握语音信号的时域和频域分析方法，能够使用相关工具和算法计算语音信号的短时能量、短时过零率、频谱等特征参数。
3、研究语音信号的编码和解码技术，了解不同编码算法对语音质量和数据压缩率的影响。
4、通过实验，培养我们的动手能力、问题解决能力和团队协作精神，提高我们对语音信号处理领域的兴趣和探索欲望。
二、实验原理（一）语音信号的采集和预处理语音信号的采集通常使用麦克风等设备将声音转换为电信号，然后通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。
在采集过程中，可能会引入噪声和干扰，因此需要进行预处理，如滤波、降噪等操作，以提高信号的质量。
（二）语音信号的时域分析时域分析是对语音信号在时间轴上的特征进行分析。
常用的时域参数包括短时能量、短时过零率等。
短时能量反映了语音信号在短时间内的能量分布情况，短时过零率则表示信号在单位时间内穿过零电平的次数，可用于区分清音和浊音。
（三）语音信号的频域分析频域分析是将语音信号从时域转换到频域进行分析。
通过快速傅里叶变换（FFT）可以得到语音信号的频谱，从而了解信号的频率成分和分布情况。
（四）语音信号的编码和解码语音编码的目的是在保证一定语音质量的前提下，尽可能降低编码比特率，以减少存储空间和传输带宽的需求。
常见的编码算法有脉冲编码调制（PCM）、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）等。
三、实验设备和软件1、计算机一台2、音频采集设备（如麦克风）3、音频处理软件（如 Audacity、Matlab 等）四、实验步骤（一）语音信号的采集使用麦克风和音频采集软件录制一段语音，保存为常见的音频格式（如 WAV）。
语音模数转换和压缩编码实验报告计算ad的采样率和数据速率
语音模数转换和压缩编码实验报告计算ad的采样率
和数据速率
根据语音模数转换和压缩编码的实验，我们可以计算出AD（Analog-to-Digital）的采样率和数据速率。
1. 采样率的计算方法：
采样率是指每秒钟采集并存储的样本数量。
在语音模数转换中，我们对模拟语音信号进行采样，将其转换成数字形式。
采样率决定了我们对模拟信号进行采样的频率。
采样率的计算公式为：采样率= 1 / 采样周期
其中，采样周期是指连续两次采样之间的时间间隔。
2. 数据速率的计算方法：
数据速率是指数据流传输的速度，以比特/秒（Bits per Second, bps）为单位。
在语音压缩编码中，我们对数字化的语音信号进行编码，将其压缩以降低数据传输量。
数据速率的计算公式为：数据速率= 采样率×位数×声道数
其中，位数是指每个样本的比特数，声道数是指每个样本包含的声道数量。
在实际计算中，我们需要考虑到压缩编码算法的压缩比例，因为压缩编码会将数据进一步压缩，降低数据速率。
需要根据具体的实验数据和采用的压缩编码算法来计算AD的采样率和数据速率。
希望以上内容对你有所帮助！。
《数字通信》-第3章-语音信号压缩编码-1
《数字通信》-第3章-语音信号压缩编码-1 《数字通信》第3章语音信号压缩编码(1)复习1.某A律13折线编码器，L=8，一个样值为=-292Δ，试将其编成相应的码字is2.将（1）的码字转换为11位权值码3.计算（1）的编码误差4.同上，将样值i=+532Δ编成相应的码字s5.将（2）的码字转换为11位权值码6.计算（2）的编码误差和解码误差7.将权值码00010011000转换为7位PCM码复习A律13折线码字安排A律13折线编码方法天平称物---对分法7位非线性幅度编码与11位线性幅度编码的相互转换A律13折线编码器极性判决全波整流比较码形成串/并变换记忆电路7/11变换11位线性解码网络复习 A律13折线解码器极性控制；7/12变换；12位线性解码网络内容1.语音信号压缩编码的基本概念2.DPCM3.ADPCM4.子带编码1.语音信号压缩编码的基本概念语音压缩编码技术：所有码速率低于PCM编码比特率64kbit/s的语音编码技术。
研究的基本问题：在给定（1）编码质量、（2）编码延时和（3）算法复杂度的条件下，如何尽可能降低语音编码所需要的比特率。
能够进行语音信号压缩的依据：语音信号在（1）时域、（2）频域和（3）人类听觉感知域存在多种多样的冗余。
时域冗余：（1）非均匀分布，小信号概率大；（2）采样数据样值间的数据相关性（同一周期内）；（3）周期性相关性（不同周期之间）；（4）全双工通话间存在的通话间隙。
频域冗余：（1）长时功率谱密度非均匀分布，频段利用不充分；（2）短时功率谱密度能量集中在少数强峰（共振峰）；听觉冗余：（1）强度：掩蔽效应。
强音能够抑制弱音；（2）频率：对低频更敏感；（3）相位：对其变化均不敏感。
语音编码分类：（复习）（1）波形编码对信号波形的抽样值、预测值或预测误差值进行编码优点：适应能力强，重建语音质量最高；缺点：编码速度较高码率：16-64kbit/s典型编码类型：PCM（脉冲编码调制）DPCM（差分PCM）ADPCM（自适应差分PCM）语音编码分类：（复习）（2）参量编码提取语音产生的一些特征参数来进行编码优点：码速率低缺点：语音音质和自然度均较差码率：<4.8kbit/s典型编码类型：LPC: 线性预测编码语音编码分类：（复习）（3）混合编码同时传输特征参数信息和预测误差信息。
语音变换和压缩编码实验
实验三．语音变换和压缩编码实验通过键盘和液晶选择“菜单”中的“二. 语音变换”1．语音模数转换实验（1）在语音变换下选择“1. 语音模数变换”；（2）按下AMBE2000的复位按钮，对AMBE2000进行复位；（3）K501拨到“SIN”，将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号，通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号，调节面板上的W501，可以改变输入信号的幅度；（4）通过测试点TP502观测AD73311中A/D和D/A变换的时钟输出；（5）通过测试点TP503观测AD73311中数字输出和输入的帧同步信号；（6）通过测试点TP504观测AD73311的A/D转换后的数字输出信号；（7）通过测试点TP505观测AD73311的D/A转换前的数字输入信号；（8）通过测试点TP506观测AD73311完成D/A转换后的模拟信号，并可以通过调节面板上的W502改变输出信号的幅度；（9）将K501拨到“MIC”，将输入的模拟信号设置为麦克风输入的语音信号，插入麦克风和耳机，可以从耳机中听到麦克风的声音。
测量操作与测量结果：（1）CH1连接到TP501；CH2连接到TP506；（2）按下示波器的“AUTO”键；（3）分别将CH1和CH2的电压档设为“200mV”，时间档设为“200us”；（4）将CH1向移动，CH2向下移动。
（5）调节面板上的W501和W502，分别将TP501和TP506信号的幅度调整到300 mV和500 mV左右。
（6）按“RUN/STOP”键停止波形采样。
（7）CH1为输入的模拟2KHz正弦波，CH2为输出恢复信号，可以看到恢复波形比原始波形质量变差了。
如图2-1-TP501~TP506。
2-1-TP501~TP506（8）CH1连接到TP502，CH2连接到TP503，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。
可以打开测量功能，测量CH1和CH2的频率。
信息技术综合实验-实验二-语音编码实验
实验报告实验名称语音编码实验课程名称信息处理技术专业综合实验实验二 语音编码一、实验目的熟悉语音基本压缩编码的方法，观察语音压缩效果，加深对语音线性预测编码（LPC ）的理解。
二、实验内容1、编写并调试语音LPC 参数提取程序。
2、编写并调试语音基音周期提取程序。
3、编写并调试语音LPC 合成程序。
三、实验原理语音信号中含有大量的冗余信息，采用各种信源编码技术减除语音信号的冗余度，并充分利用人耳的听觉掩蔽效应，就可以将其编码速率压缩很多倍，而仍能提供可懂语音。
LPC 声码器是一种比较简单实用的语音压缩方法，其基本原理是：根据语音生成模型，将语音看作激励源通过一个线性时不变系统产生的输出，利用线性预测分析对声道参数进行估值，将求得的线性预测系数，结合基音周期等少量参数进行传输，就可以在接收端利用合成滤波器重构语音信号。
线性预测系数的估计方法为：假设语音的当前样值可以用过去的M 个语音样值来进行预测()()()()()∑=-=-++-+-=Mi i M i n x a M n x a n x a n x a n x 12121~式中{}i a 即为线性预测系数。
实际值和预测值之间的均方误差可表示为()()()∑∑∑⎪⎭⎫ ⎝⎛--===n Mi i n i n x a n x n E 212ε 要求均方误差总和最小，将E 关于i a 的偏导数设置为零，可以得到()()()01=⎪⎭⎫ ⎝⎛---∑∑=Mi i n i n x a n x k n x通过采用自相关法、协方差法或格形法求解该方程，即可得到最优的{}i a 。
四、实验方法及程序1. 调用xcorr命令计算一帧语音的自相关函数。
2. 调用toeplitz命令形成该帧语音的自相关矩阵。
3. 调用durbin命令，采用杜宾递推算法计算该帧语音的线性预测系数。
4. 编写lpcauto.m函数，求取一句语音信号的线性预测系数及预测残差。
选择设当的窗函数对语音信号进行分幀。
语音模数转换实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解语音信号的基本特性及其数字化处理的重要性。
2. 掌握语音信号的采样、量化、编码等模数转换过程。
3. 学习使用音频采集设备和相关软件进行语音信号的采集和转换。
4. 分析语音信号的时域和频域特性，理解语音信号处理的基本原理。
二、实验原理语音信号是一种连续变化的模拟信号，为了在数字设备中进行处理和传输，需要将其转换为数字信号。
模数转换（A/D转换）是将模拟信号转换为数字信号的过程，主要包括采样、量化、编码三个步骤。
1. 采样：将连续的语音信号按照一定的时间间隔进行离散化处理，即每隔一定时间间隔取一次信号值。
2. 量化：将采样得到的连续信号值离散化，将其转换为有限个数值中的一个。
3. 编码：将量化后的数字信号转换为二进制代码，以便在数字设备中进行处理和传输。
三、实验设备1. 音频采集设备：电脑、麦克风、耳机。
2. 音频处理软件：Audacity、MATLAB等。
3. 数据采集卡：用于将模拟信号转换为数字信号。
四、实验步骤1. 语音信号采集：使用麦克风采集一段语音信号，通过音频采集设备输入电脑。
2. 采样：在音频处理软件中设置采样频率，例如8kHz、16kHz等，将连续的语音信号进行离散化处理。
3. 量化：在音频处理软件中设置量化位数，例如8位、16位等，将采样得到的连续信号值离散化。
4. 编码：将量化后的数字信号转换为二进制代码，以便在数字设备中进行处理和传输。
5. 分析：使用MATLAB等软件对采集到的语音信号进行时域和频域分析，观察其特性。
五、实验结果与分析1. 时域分析：通过观察语音信号的波形图，可以看出语音信号的幅度、频率等特性。
例如，语音信号的幅度变化较大，频率范围一般在300Hz～3400Hz之间。
2. 频域分析：通过观察语音信号的频谱图，可以看出语音信号的频率成分分布。
例如，语音信号的主要能量集中在300Hz～3400Hz之间。
六、实验结论1. 语音信号数字化处理是现代通信和多媒体技术的基础，通过模数转换可以将语音信号转换为数字信号，方便在数字设备中进行处理和传输。
实验一_PCM与ADPCM语音被压缩编码
实验一 PCM 与ADPCM 语音压缩编码学院 光电学院 专业 网络工程 姓名 陈炯烁 学号 106052011218一、 实验目的1、了解PCM 的基本原理和方法；2、了解ADPCM 的基本原理；3、了解语音压缩编码的基本原理和过程。
二、 预备知识1、PCM 的基本原理和方法；2、ADPCM 的基本原理； 三、 实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台； 四、 实验原理目前国际上普遍采用容易实现的A 律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。
我国规定采用A 律13折线压扩特性。
本实验中的PCM 采用的是A 律13折线PCM 。
由预备知识可知，A 率对数压缩特性定义为：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤++≤≤+=1x 1/A ln 1ln 11/A x 0ln 1)(AAx A Axx c 在CCITT 建议中，A=87.56。
在具体实现时压缩曲线c(x)用13段折线来近似，量化电平数L=256，即编码位数R=8。
因为对语音的采样频率为8kHz ，这样，A 率13折线的PCM 输出数据流速率为64kb/s 。
下图为A 律13折线的压缩示意图：负电平部分的压扩特性和正电平部分的压扩特性是对称的 ，所以上图只画出了正电平压扩特性。
这种量化方式相比于线性量化，当信号为小信号时，其信噪比较高（尤其是语音信号）。
从图上可以看到，整个归一化电平区间被分为8个小区间，每个区间的斜率和起点电平如下表：正电平部分的第一段和第二段的斜率都是16，负电平部分的第一段和第二段的斜率也都是16，所以本来划分的16折线段实际为13折线段。
PCM 编码对一个采样值量化编码后得到的是8比特的编码，下图是这8比特的码位安排：可见，编码的第一位C 1为极性码，正电平为1，负电平为0。
C 2～C 4为段落码，表示信号绝对值处在哪个段落，3位码的8种可能状态分别代表8个段落的起点电平。
C 5～C 8为段内码，段内码共4位，并且段内采用均匀量化的方式，故共有24＝16个均匀量化级。
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实验三．语音变换和压缩编码实验
通过键盘和液晶选择“菜单”中的“二. 语音变换”
1．语音模数转换实验
（1）在语音变换下选择“1. 语音模数变换”；
（2）按下AMBE2000的复位按钮，对AMBE2000进行复位；
（3）K501拨到“SIN”，将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号，通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号，调节面板上的W501，可以改变输入信号的幅
度；
（4）通过测试点TP502观测AD73311中A/D和D/A变换的时钟输出；
（5）通过测试点TP503观测AD73311中数字输出和输入的帧同步信号；
（6）通过测试点TP504观测AD73311的A/D转换后的数字输出信号；
（7）通过测试点TP505观测AD73311的D/A转换前的数字输入信号；
（8）通过测试点TP506观测AD73311完成D/A转换后的模拟信号，并可以通过调节面板上的W502改变输出信号的幅度；
（9）将K501拨到“MIC”，将输入的模拟信号设置为麦克风输入的语音信号，插入麦克风和耳机，可以从耳机中听到麦克风的声音。
测量操作与测量结果：
（1）CH1连接到TP501；CH2连接到TP506；
（2）按下示波器的“AUTO”键；
（3）分别将CH1和CH2的电压档设为“200mV”，时间档设为“200us”；
（4）将CH1向移动，CH2向下移动。
（5）调节面板上的W501和W502，分别将TP501和TP506信号的幅度调整到300 mV和500 mV左右。
（6）按“RUN/STOP”键停止波形采样。
（7）CH1为输入的模拟2KHz正弦波，CH2为输出恢复信号，可以看到恢复波形比原始波形质量变差了。
如图2-1-TP501~TP506。
2-1-TP501~TP506
（8）CH1连接到TP502，CH2连接到TP503，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。
可以打开测量功能，测量CH1和CH2的频率。
可以观测到时钟波形和帧同步波形，时钟信号的频率为1.048MHz（示波器测试不精确显示为1.053MHz），帧同步信号的频率为32KHz。
波形如图2-1-TP502~ TP503。
2-1-TP502~TP503
（9）CH1连接到TP502，CH2连接到TP504，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。
可以打开测量功能，测量CH1的频率。
可以观测到时钟波形和A/D转换后的数字输出信号波形，时钟信号的频率为1.048MHz（示波器测试不精确显示为1.000MHz）。
波形如图2-1-TP502~ TP504。
2-1-TP502~TP504
（10）CH1连接到TP502，CH2连接到TP505，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。
可以打开测量功能，测量CH1的频率。
可以观测到时钟波形和D/A转换前的数字输入
信号波形，时钟信号的频率为1.048MHz（示波器测试不精确显示为1.053MHz）。
波形
如图2-1-TP502~ TP505。
注意，由于延时D/A转换前的数字信号和（9）中的A/D转
换后的数字信号不是同一个时刻的信号，所以波形不同。
2-1-TP502~TP505
（11）CH1连接到TP503，CH2连接到TP504，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“10us”。
可以打开测量功能，测量CH1的频率。
可以观测到帧同步信号波形和A/D转换后的数
字输出信号波形。
帧同步信号的频率为32.0kHz（示波器测试不精确显示为32.05kHz）。
波形如图2-1-TP503~ TP504。
2-1-TP503~TP504
2．语音压缩编码实验
（1）在语音变换实验中选择“2. 语音压缩编码”；
（2）左上方的拨码开关SW601(压缩编码性能设置)中速率设置为2400bps，开关位置为(1~8):下上下上上上上上。
（3）按下AMBE2000的复位按钮，对AMBE2000进行复位；
（4）K501拨到“SIN”，将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号，通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号；
（5）TP602为语音压缩后数据传输的帧同步信号，每20ms 突发24个脉冲；
（6）TP603为压缩后发送的语音数据，每20毫秒突发24个字（16位）；
（7）TP604为接收的语音压缩数据；
（8）TP601为语音压缩芯片数据传输的时钟；
（9）将K501拨到“MIC”，将输入的模拟信号设置为麦克风输入的语音信号，插入麦克风和耳机，可以从耳机中听到麦克风的声音。
测量操作与测量结果：
（1）CH1连接到TP603；CH2连接到TP601；（注意这样接的目的是用CH1作触发源。
）（2）按下示波器的“AUTO”键；
（3）分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”，时间档设为“5us”；
（4）将CH1向上移动，CH2向下移动。
（5）按“RUN/STOP”键停止波形采样。
（6）CH2为压缩数据的时钟，CH1为语音压缩后发送的数据信号，可以打开测量功能，测量CH2的频率。
时钟信号的频率为1.048MHz（示波器测试不精确显示为1.000MHz）。
如图2-2-TP601~TP603。
2-2-TP601~TP603
（7）CH1连接到TP604，CH2连接到TP601，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。
CH2为压缩数据的时钟，CH1为接收到的语音压缩数据信号。
如图2-2-TP601~ TP604
2-2-TP601~ TP604
（8）CH1连接到TP602，CH2连接到TP603，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“50us”。
CH1为语音压缩后数据传输的帧同步信号，每20ms 突发24个脉冲，CH2为语音压缩后发送的数据信号。
可以看到压缩速率为2400bps时，帧头（12个字）和语音压缩数据（3个字），16帧同步脉冲之后无数据。
如图2-2-TP602~ TP603（1）。
此时SW601设置为：10100000,对应的速率为：2.4kbs
ON DIP
1 2 3 4 5 6 7 8
（9）将时间档设为“20us”，展宽上述波形。
如图2-2-TP602~ TP603（2）。
2-2-TP602~ TP603（2）
注意：仔细观察可以发现，2-2-TP602~ TP603波形中，第1~12个帧同步脉冲之间的数据保持不变，这是帧头。
第13~15个帧同步脉冲之间的数据在随机变化，这是语音数据。
第16个帧同步脉冲之后无数据。
3．语音压缩编码性能
（1）在语音变换实验中选择“3. 语音编码性能”；
（2）将K501拨到“SIN”，将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号，通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号。
调节面板上的W501，可以改变输入信号的
幅度。
（3）通过改变拨码开关SW601，可以改变语音的压缩编码性能，拨动1～5，改变语音压缩的速率从2.0～9.6KHZ。
拨动6～8，可以改变语音其他性能，具体见实验指导书，或
语音压缩芯片的手册；
（4）左上方的拨码开关SW601(压缩编码性能设置)中速率设置为9600，开关位置为(1~8): 上上下上上上上上。
（5）按下AMBE2000的复位按钮，对AMBE2000进行复位；
（6）TP602为语音压缩后数据传输的帧同步信号，每20ms 突发24个脉冲；
（7）TP603为压缩后发送的语音数据，每20毫秒突发24个字（16位）；
（8）TP604为接收的语音压缩数据；
（9）TP601为语音压缩芯片数据传输的时钟。
（10）将K501拨到“MIC”，将输入的模拟信号设置为麦克风输入的语音信号，插入麦克风和耳机，对着麦克风说话，通过耳机来感觉改变语音压缩速率后的语音性能的变化。
注意：每次改变拨码开关SW601的配置，需要对AMBE2000进行复位。
测量操作与测量结果：
其他的测量结果和方法与“2语音压缩编码实验”类似，下面只给出当压缩速率从2400改为9600后引起的最重要的变化的数据波形。
（1）CH1连接到TP602；CH2连接到TP603；
（2）按下示波器的“AUTO”键；
（3）分别将CH1和CH2的电压档设为“2.0V”，时间档设为“50us”；
（4）将CH1向上移动，CH2向下移动。
（5）按“RUN/STOP”键停止波形采样。
（6）CH1为语音压缩后数据传输的帧同步信号，每20ms 突发24个脉冲，CH2为语音压缩后发送的数据信号。
可以看到压缩速率为9600bps时，帧头（12个字）和语音压缩数
据（12个字）。
如图2-3-TP602~ TP603。
此时SW601设置为：00100000,对应的速率为：9.6kbs
ON DIP
1 2 3 4 5 6 7 8
2-3-TP602~TP603
注意：仔细观察可以发现，2-3-TP601~TP603波形中，第1~12个帧同步脉冲之间的数据保持不变，
这是帧头。
第13~24个帧同步脉冲之间的数据在随机变化，这是语音数据。