语音编码基础知识
语音编码的基本方法
语音编码的基本方法
语音编码是将语音信号转换成数字形式以便于存储、传输和处理的过程。
以下是一些常见的语音编码方法：
1. 脉冲编码调制（PCM）：
• PCM是一种最基本的语音编码方法，它将模拟语音信号在时间上均匀采样，并将每个样本的振幅量化为数字形式。
•采样率和量化位数是PCM中的两个重要参数，它们决定了数字表示的精度和数据量大小。
2. 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）：
• ADPCM是一种通过对语音信号进行预测和差分编码来减小数据量的方法。
它利用前一个采样的信息来预测当前采样，并只编码预测误差。
•由于只需要编码误差，ADPCM相比于PCM可以实现更高的压缩比。
3. 线性预测编码（LPC）：
• LPC是一种基于声道建模的编码方法，它假设语音信号是由声道和激励信号的组合产生的。
• LPC通过对语音信号进行分析，提取声道特征，并将其参数化以减小数据量。
4. 矢量量化：
•矢量量化是一种高效的无损压缩方法，通过将一组相邻的样本映射到一个矢量码本中的一个向量，从而减小数据量。
5. 变换编码：
•将语音信号通过某种变换（如傅立叶变换）转换到频域，然后对频域信息进行编码。
其中，MP3是一种常见的基于变换编码的方法。
6. 深度学习方法：
•近年来，深度学习技术在语音编码领域取得了显著进展。
循环神经网络（RNN）和卷积神经网络（CNN）等模型被用于语音特征提取和编码。
这些方法有各自的优点和适用场景，选择合适的编码方法通常取决于应用需求、带宽要求以及对音频质量的要求。
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。
5g通信的语音编码标准
5g通信的语音编码标准在5G通信系统中，语音编码技术是实现高效、可靠和低延迟语音传输的关键。
以下是关于5G通信的语音编码标准的主要内容：1. 音频编解码器标准在5G通信中，音频编解码器（Audio Coder）标准是实现语音信号的压缩和编码的核心技术。
目前，3GPP组织正在制定新一代的音频编解码器标准，称为3 (Low Complexity Communication Efficient Coding)。
该标准旨在提供低复杂度、高通信效率的音频编码方案，以适应5G通信的高速率、大带宽和低延迟的需求。
2. 语音传输协议标准5G通信系统需要提供低延迟、高可靠性的语音传输协议。
为了实现这一目标，一些新兴的语音传输协议正在被开发和应用。
其中最具代表性的两种技术是VoNR (Voice over New Radio)和VoLTE (Voice over LTE)。
这两种技术都旨在提供高效的语音传输方案，同时保证低延迟和高可靠性。
VoNR是一种基于5G NR（新无线电）技术的语音传输协议。
它利用5G的高速率和低延迟特性，实现在移动通信网络中传输语音和视频信号。
VoNR可以提供比传统VoLTE技术更高的频谱效率和更低的传输延迟，从而提供更好的语音通话体验。
VoLTE是一种基于LTE技术的语音传输协议。
它利用LTE的高速率和低延迟特性，实现在移动通信网络中传输语音信号。
VoLTE可以提供与VoNR相似的语音质量和低延迟性能，但需要在LTE网络中进行优化和部署。
3. 语音质量评估和测量标准为了确保5G通信中的语音质量，需要制定相应的语音质量评估和测量标准。
这些标准应该能够评估各种语音编码器和传输协议的性能，以确保它们能够提供高质量的语音传输。
例如，主观音质评估（Subjective音质Evaluation）和客观音质评估（Objective音质Evaluation）是两种常用的语音质量评估方法。
主观音质评估是通过人的听觉感受来评估音质的好坏，客观音质评估则是通过测量信号的客观指标如失真度、噪声水平等来评估音质。
了解电脑声音音频编解码和音效处理的基础知识
了解电脑声音音频编解码和音效处理的基础知识在计算机中，声音是电信号的形式被处理和传输的。
对于从电子设备中发出的声音，电脑声音音频编解码和音效处理技术至关重要。
本文将介绍电脑声音音频编解码和音效处理的基础知识，包括它们的概念、作用以及常见的应用。
一、声音音频编解码的概念和作用1.1 概念声音编码是将声音信号转换为数字化的过程，而声音解码则是将数字化的声音信号还原为模拟声音信号。
在计算机中，声音信号是以数字的形式存在的，因此需要进行编码和解码的转换才能进行处理和传输。
1.2 作用声音音频编解码的作用是保证声音信号在计算机中的正确传输和处理。
编码过程将模拟声音信号转化为数字信号，方便计算机系统对其进行处理。
解码过程则将数字信号转化为模拟声音信号，使用户能够听到声音的输出。
二、常见的声音音频编解码技术2.1 PCM编解码PCM（Pulse Code Modulation）是一种经典的声音编解码技术，它将模拟声音信号通过采样和量化的方式转换为数字信号。
采样是指对模拟声音信号进行周期性的取样，而量化是指对取样后的信号进行数值化的处理。
PCM编解码的优点是处理简单，音质较好，被广泛应用于电话、录音和音乐制作等领域。
2.2 AAC编解码AAC（Advanced Audio Coding）是一种高级音频编解码技术，它能够提供更高的压缩比和更好的音质。
AAC编解码通过采用更高效的算法和更复杂的编码结构来实现对声音信号的压缩和还原。
AAC编解码在数字音频广播、数字电视和音乐播放器等领域得到了广泛应用。
2.3 MP3编解码MP3（MPEG-1 Audio Layer III）是一种流行的音频编解码技术，它能够在保证一定音质的前提下实现更高的压缩比。
MP3编解码通过去除声音信号中的冗余信息和不可听的频率成分来进行压缩。
尽管MP3编解码存在一定的音质损失，但其广泛应用于音乐压缩和在线音乐播放等领域。
三、音效处理的概念和常见技术3.1 概念音效处理是指对声音信号进行加工和改变，以达到特定的效果和目的。
简述欧美及我国常用的语音编码技术
语音编码技术是指将语音信号转换成数字信号的过程，以便于数字通信和存储。
欧美及我国常用的语音编码技术有很多种，每种技术都有其特点和适用场景。
在本文中，我将对欧美及我国常用的语音编码技术进行简要描述，并分析它们的优缺点和应用范围。
1. PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）PCM是一种最基本的编码技术，它将模拟语音信号按照一定的采样频率和量化位数转换成数字信号。
PCM具有简单、成本低廉的优点，适用于通信和存储。
然而，PCM需要较高的带宽和存储空间，而且在传输过程中容易受到噪声和失真的影响。
2. ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation，自适应差分脉冲编码调制）ADPCM是一种改进型的PCM技术，它通过差分编码和自适应量化实现了更高的压缩比和更好的抗噪能力。
ADPCM适用于语音通信和数字语音存储领域，可以有效地降低带宽和存储需求，提高语音质量。
3. CELP（Code Excited Linear Prediction，编码激励线性预测）CELP是一种基于语音产生模型的编码技术，它通过对语音信号的激励和线性预测参数进行编码，实现了更高的压缩比和更好的语音质量。
CELP适用于数字语音通信和存储，已经成为了现代语音编码的主流技术之一。
4. G.729G.729是一种窄带语音编码标准，它采用了多种高效的压缩算法和声学模型，实现了良好的语音质量和低码率。
G.729被广泛应用于IP通信方式和语音会议系统，能够在有限的带宽下实现优秀的语音通信效果。
5. AMR（Adaptive Multi-Rate，自适应多速率）AMR是一种自适应多速率语音编码技术，它可以根据网络条件和通信需求动态调整编码速率，实现了灵活的语音通信和存储。
AMR适用于移动通信和语音在线服务领域，能够提供高质量的语音体验。
以上是欧美及我国常用的几种语音编码技术，每种技术都有自己的特点和应用场景。
语音编码的基本方法
语音编码的基本方法语音编码是将语音信号转换为数字信号的过程，以便能够利用数字信号处理技术进行存储、传输、分析和合成。
语音编码的目标是尽可能减小存储和传输所需的比特率，同时尽量保持原始语音信号的质量。
下面将介绍语音编码的基本方法。
1.线性预测编码（LPC）线性预测编码（Linear Predictive Coding，LPC）是一种基于声道模型的语音编码方法。
该方法假设语音信号可以由线性滤波器和一个激励源合成。
LPC编码先通过线性预测分析，估计出语音信号的线性滤波器参数，然后将这些参数进行编码传输。
2.矢量量化矢量量化是一种有损数据压缩技术，也是常用的语音编码方法。
它将一组相关的样本（向量）映射到一组有限的离散码字中。
在语音编码中，矢量量化可以应用于线性预测编码的残差信号，以及其他一些语音特征参数的编码。
3.短时傅里叶变换编码（STFT）短时傅里叶变换编码（Short-Time Fourier Transform，STFT）是一种频域分析方法，常用于语音信号的编码。
STFT将语音信号分段进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，然后对频域信号进行编码传输。
4.频率对齐线性预测编码（FSLP）频率对齐线性预测编码（Frequency-Selective Linear Prediction，FSLP）是一种新型的语音编码方法。
它通过对语音信号进行预处理，将频率对齐后的语音信号分帧，然后利用线性预测分析得到每一帧的滤波器系数，并对这些系数进行编码传输。
5.自适应编码自适应编码是一种根据传输条件自动调整编码参数的方法。
最常见的自适应编码方法是可変速率编码（Variable Bit Rate，VBR）和可变码率编码（Adaptive Bit Rate，ABR）。
这些编码方法根据语音信号的特性和传输条件，动态调整编码参数，以尽可能减小比特率，并保持较高的语音质量。
除了上述几种基本方法，还有很多其他的语音编码技术，如无失真编码、人工神经网络编码等。
语音编解码技术课件PPT
目录
Contents
• 语音编解码技术概述 • 语音编解码技术原理 • 常见语音编解码技术 • 语音编解码技术性能评估 • 语音编解码技术发展趋势 • 语音编解码技术应用案例
01 语音编解码技术概述
语音编解码技术的定义
语音编解码技术
是一种将模拟语音信号转换为数字信号，以及将数字信号还原为模拟语音信号 的技术。
பைடு நூலகம்
智能语音助手的应用
智能语音助手如Siri、Alexa等，都依赖于语音编解码技术 来处理用户的语音输入。
这些应用首先通过语音编解码技术将用户的语音转换为数 字信号，然后进行识别和处理，最后再将处理结果以语音 的形式输出，这其中语音编解码技术的性能直接影响到语 音助手的识别准确率和响应速度。
音频编辑软件的应用
VS
详细描述
G.729编码利用了语音信号的线性预测特 性和人类的听觉特性，通过建立一个码本 并选择最接近的匹配项来压缩数据。 G.729编码具有较低的数据量和较好的音 质，广泛应用于无线通信和网络传输等领 域。
AMR-NB编码
总结词
AMR-NB（Adaptive Multi-Rate Narrowband）是一种针对窄带语音的压缩标准， 它支持多种比特率和语音质量。
编解码过程
包括采样、量化和编码三个步骤，其中采样是将连续的模拟信号转换为离散的 数字信号，量化是将连续值转换为离散值，编码则是将数据转换为可以在数字 通信系统中传输的格式。
语音编解码技术的发展历程
01
起始阶段
02
发展阶段
20世纪60年代，PCM（脉冲编码调制） 技术的出现，实现了模拟语音信号的数 字化。
20世纪80年代，G.711、G.722等语 音编解码标准的制定，推动了数字语 音通信的发展。
音频基础知识及编码原理
一、基本概念1 比特率：表示经过编码（压缩）后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示，单位常为kbps。
2 响度和强度：声音的主观属性响度表示的是一个声音听来有多响的程度。
响度主要随声音的强度而变化，但也受频率的影响。
总的说，中频纯音听来比低频和高频纯音响一些。
3 采样和采样率：采样是把连续的时间信号，变成离散的数字信号。
采样率是指每秒钟采集多少个样本。
Nyquist采样定律：采样率大于或等于连续信号最高频率分量的2倍时，采样信号可以用来完美重构原始连续信号。
二、常见音频格式1. WAV格式，是微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，是最早的数字音频格式，被Windows平台及其应用程序广泛支持，压缩率低。
2. MIDI是Musical Instrument Digital Interface的缩写，又称作乐器数字接口，是数字音乐/电子合成乐器的统一国际标准。
它定义了计算机音乐程序、数字合成器及其它电子设备交换音乐信号的方式，规定了不同厂家的电子乐器与计算机连接的电缆和硬件及设备间数据传输的协议，可以模拟多种乐器的声音。
MIDI文件就是MIDI格式的文件，在MIDI文件中存储的是一些指令。
把这些指令发送给声卡，由声卡按照指令将声音合成出来。
3. MP3全称是MPEG-1 Audio Layer 3，它在1992年合并至MPEG规范中。
MP3能够以高音质、低采样率对数字音频文件进行压缩。
应用最普遍。
4. MP3Pro是由瑞典Coding科技公司开发的，其中包含了两大技术：一是来自于Coding 科技公司所特有的解码技术，二是由MP3的专利持有者法国汤姆森多媒体公司和德国Fraunhofer集成电路协会共同研究的一项译码技术。
MP3Pro可以在基本不改变文件大小的情况下改善原先的MP3音乐音质。
它能够在用较低的比特率压缩音频文件的情况下，最大程度地保持压缩前的音质。
5. MP3Pro是由瑞典Coding科技公司开发的，其中包含了两大技术：一是来自于Coding 科技公司所特有的解码技术，二是由MP3的专利持有者法国汤姆森多媒体公司和德国Fraunhofer集成电路协会共同研究的一项译码技术。
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字存储的必要过程。
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。 语音编码就是使表达语音信号的比特数目最小。
数字传输系统模型
信源
信源编码
信道编码 噪声
调制
传输通道
用户
信源解码
信道解码
解调
语音编码应用实例（IP电话）
（4）算法的复杂度和可扩展性
编码延时 一般地，编解码算法越复杂，延时越大，会明显
感觉到通话对方反映“迟钝”，甚至造成正常通信困
难。 另外一方面，延时造成回声，传统的电话系统中， 在2-4 线的转换处（混合线圈）因阻抗不匹配，导致 接收者的收话音信号泄露到其发送路径上，返回给发
送者，形成了回声。当延时小时，回声同房间交混，
2.参数编码（声源编码 parametric coding）： 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（LPC）
F ( x(n)) X a max | xa (nT ) | ln 1 X a max sgn[ x (nT )] a ln( 1 )
A 律压扩
A | xa (nT ) | / X A max sgn[ xa (nt)] 1 ln A F ( x(n)) X 1 lnA | xa (nT ) | / X A max sgn[ x (nt)] A max a 1 ln A | xa (nT ) | 1 0 X A A max 1 | xa (nT ) | 1 A X A max
编码
解码
非线性 扩张
x'(nT)
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。采样后信号幅度和量化数据之间有两 种对应关系，一种称为u 律压扩（companding）算法， 另一种称为A 律压扩算法。 u 律压扩主要用于北美 和日本等地区的电话通信中。 A 律压扩主要用在欧 洲和中国的地区的电话通信中。 u 律压扩
（5）语音间隙（静止系数）
2.存在的频域冗余度： （1）非均匀的长时功率谱密度 （2）短时功率谱密度
女声英文a的功率谱
3.人的听觉感知机理 （1）人类的听觉特性具有掩蔽效应 （2）人耳对不同频段声音的敏感程度不同
（3）人耳对语音相位不敏感
4. 语音编码的极限速率 语音中最基本的元素是音素，大约有128～256个， 如果按通常的说话速度，每秒平均发出10个音素，则 信息率为： I=[log2(256)10]bps=80bps
e(n)
1 H ( z) A( z )
1 1 ak z
k 1 p k
x(n)
短时预测滤波器
x(n) e(n) a k x(n k )
k 1
p
2.语音信号的长时预测
长时 x(n-p),x(n-p+1),….x(n-1) 线性 预测 x(n)
1 H ( z) P( z )
以达到波形编码的高质量和参量编码的低速率的优
点。
四、已经标准化的语音编码
指定组织：国际电信联盟 ITU-T， http://www.itu.int
标准
G.711
编码速率 (kb/s) 64 32
5.3
算法
u律或a律PCM
MOS得 应用 分 4.3 公用网 4.1
3.2
G.721
G.723.1
ADPCM
编码类。编码速率低，2.4-1.2kb/s，自然度低，
对环境噪声敏感。
3.混合编码(Hybrid coding)： 将波形编码与参数编码相结合，在2.4-1.2kb/s 速率上能够得到高质量的合成语音。规则码激励长
时预测编码RPE—LPT即为混合编码技术。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，
因此感觉不到；当延迟超过了25ms，能明显感觉到，
从而严重影响通信。
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端的信号＋A端经混 合线圈的回传信号
B端
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
语音编码（speech coding）
√概述
√语音信号压缩编码的原理及其评价系统 √语音信号的波形编码 √语音信号的参数编码√语音信号的混合编码√述一、编码（压缩）的重要性
二、编码速率（信息容量）
三、编码的分类
四、已经标准化的语音编码
一、编码（压缩）的重要性 编码、传输、存储和译码是语音数字传输和数
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
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 再作均匀量化，如对信号进行对数压缩，微弱的信 号被放大，强的信号被压缩。译码时，指数扩张。 xa(nT)
非线性 压缩
均匀 量化
1 1
i q ( D i ) b z i r
长时预测滤波器
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 P( z)
e(n)
1 A( z )
x(n)
接收器
模数转换
压缩编码
IP封装 网 络
播放器
数模转换
解码
IP解包
二、编码速率（信息容量）
用比特/秒（b/s或bps）来度量，用I表示，有：
I=R
•
fs ,R代表每个语音采样值编码所需的比
特数；fs是采样频率。
当fs=8kHz，每个采样值用8比特位来编码，则
编码速率为64kb/s。
三、编码的分类 1.波形编码(waveform coding)：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 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， 保持原始语音的波形形状。话音质量高，编码速率 高。如PCM编码类（a率或u率PCM、ADPCM 、ADM)， 编码速率为64－16kb/s，语音质量好。
M 2 ( s (n)) SNR 10 * log M n 0 ( s ( n) s ˆ(n)) 2 n 0
（2）频谱失真测量 （3）谱包络失真测量
语音信号的波形编码
一、非均匀量化的PCM编码 二、增量调制编码 三、自适应增量调制编码
p
A( z ) W ( z) A( z / )
1 a k z k 1 a k z
k k 1 k 1 p k
输入 语音 x(n)
线性 预测 分析
感觉 后继处理 加权 滤波器
三、语音压缩系统的性能指标和评测方法 1.语音压缩系统的性能指标 （1）编码速率 （2）编码器的顽健性 （3）编码器的时延
C7： 表示信号的极性，称为极性码。0为正，1为负。
C6C5C4：表示段落序号，称为段落码。
000 001 010 011 100 101 110 111
C3C2C1C0 ： 表示每一段落的16个均匀划分的量化 级，称为段内码。 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
（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。
主观评价方法 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。
（1）可懂度评价 DRT：Diagnostic Rhymer Test
（2）音质评价： MOS：Mean Opinion Score 判断满意度得分。
（1）输入xa(nT)的范围归一化为（－1～＋1）; （2）输出FA(x(n))的范围为（－1～＋1）； （3）A为压扩参数，它反映最大量化间隔和最小量化 间隔的比值。A=87.56
我国的PCM30/32路基群也采用A律13折线压 缩特性。μ律15折线主要用于美国、加拿大和日
本等国的PCM 24路基群中。
CCITT建议G.711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，
要以A律为标准。 因此这里重点介绍A律13折线。
FA(x)
1
7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 0 1 1 1 1 32 16 8 128 1 64
1 4
1 2
1
xa(nT)
A律压扩编码 采用8位二进制编码：C7C6C5C4C3C2C1C0
ACELP
公用网
无线网
G.729
GSM
8
13
CS-ACELP
RPE-LTP
3.8
3.9
无线网
无线网
(1)ADPCM：自适应差分脉冲编码 adaptive difference pulse code modulation
(2)CELP ： 码 本 激 励 线 性 预 测 （ code excited linear prediction） (3)ACELP ： 代 数 码 本 激 励 线 性 预 测 AlgebraicCode-Excited Linear-Prediction (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