语音编码技术.
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。
语音编码技术的分类
语音编码技术的分类语音编码技术是将语音信号经过压缩、编码处理后转化为数字数据的技术，广泛应用于语音通信、语音识别、语音合成等领域。
根据不同的实现方式和压缩算法，可以将语音编码技术分为以下几个分类。
首先是有损压缩编码技术，这种技术通过牺牲一定的语音质量来达到较高的压缩比。
最典型的有损压缩算法是线性预测编码（LPC）和线性预测编码（LPC）特征序列编码。
LPC通过分析语音信号的谐波结构和共振峰来捕捉语音的重要信息，然后利用这些信息对语音进行重建。
而LPC通过分析语音信号的自相关性和频谱平滑性来获得语音的预测系数，从而实现对语音信号的压缩。
其次是无损压缩编码技术，这种技术通过保留原始语音信号的全部信息来实现压缩。
无损压缩编码技术对于一些对音质有较高要求的应用场景非常重要，比如语音识别和语音合成。
最常见的无损编码算法是自适应差分编码（ADPCM）和矢量量化编码（VQ）。
ADPCM通过预测当前语音样本和前一样本之间的差值，并将该差值保存为编码结果，以实现高压缩比。
第三是混合压缩编码技术，也称为变速压缩编码技术。
这种技术通过对不同部分使用不同的压缩算法来实现。
最常见的变速编码算法是多速率编码（MRC）和多步骤编码（MSC）。
MRC通过对语音信号的不同频段采用不同的压缩算法，对于高频部分使用有损压缩算法进行压缩，对于低频部分使用无损压缩算法进行压缩，从而实现更高的压缩比。
MSC对语音信号进行多次压缩，每次压缩只保留重要的信息，通过多次压缩后，达到较高的压缩比。
总的来说，语音编码技术的分类包括有损压缩编码技术、无损压缩编码技术和混合压缩编码技术。
不同的技术分类适用于不同的应用场景，在实际应用中需要根据具体需求权衡语音质量和压缩比，选择合适的编码技术。
对于语音通信等实时场景，需要保证较高的语音质量，可以选择无损压缩编码技术；而对于语音识别和语音合成等需要高压缩比的应用场景，可以选择有损压缩编码技术。
混合压缩编码技术则提供了在不同部分使用不同压缩算法的灵活性，适用于更细粒度的应用需求。
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。
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。
语音编码、信道编码及交织PPT课件
面临挑战及应对策略
算法复杂度与实时性
高性能的编码和交织算法往往具有较高的复杂度，难以满 足实时性要求。应对策略包括优化算法设计、采用高性能 计算平台等。
多场景适应性
不同的应用场景对语音编码、信道编码及交织技术的需求 各异。需要研究跨场景的适应性技术，以满足多样化需求。
个性化语音合成
基于深度学习技术，实现个性化语音合成，使合成语音更加自然、 逼真。
多模态语音互
结合视觉、听觉等多模态信息，提高语音交互的自然性和准确性。
新型信道编码技术探索
01
极化码（Polar Codes）
一种新型信道编码技术，具有优异的性能，被认为是未来5G/6G通信的
关键技术之一。
02
LDPC码（低密度奇偶校验码）
客观评价
客观评价是通过计算原始语音和合成语音之间的误差来评判语音质量的好坏。 常用的客观评价指标有信噪比（SNR）、分段信噪比（SegSNR）、对数似然 比（LLR）和感知语音质量评估（PESQ）等。
02 信道编码原理及关键技术
信道模型与传输特性分析
信道模型
描述信道输入与输出之间关系的 数学模型，包括加性噪声信道、 乘性噪声信道等。
语音信号的频域特性
语音信号的统计特性
语音信号具有短时平稳性，即在短时 间内（10~30ms）可以认为语音信号 是平稳的，这使得我们可以对语音信 号进行短时分析。
语音信号的频谱分布主要集中在 300Hz~3400Hz的范围内，不同音素 和音节的频谱具有不同的特征。
语音编码分类及发展历程
波形编码
参数编码
混合编码
混合编码同时使用两种或两种以上的 编码方法进行编码。这种编码器设计 的目的和出发点是在4.8kbit/s速率上 能够得到高质量的合成语音。
2023年影响VoIP服务质量的因素分析
网络质量
网络性能影响VoIP服务质量的关键因素
影响VoIP服务质量的关键因素：
网络质量是影响VoIP服务质量的决定性因素之一。以下是一些关键的网络性能指标，它们对于VoIP服务的 可靠性和质量至关重要。
2. 吞吐量：即网络能够同时处理的数据量。吞吐量越高，VoIP服务的速度就越快。据统计，VoIP服务的
2.音频编码技术比较：G.711、G.729和AAC
目前，常用的语音编码技术包括G.711、G.729和AAC等。其中，G.711是一种基于脉冲编码调制（PCM） 的编码技术，其压缩比较低，但具有较高的音质和较低的延迟。G.729是一种基于A-law算法的编码技术， 其压缩比较高，但延迟较大。AAC则是一种基于子带编码的编码技术，其压缩比和音质均较高，但延迟 较大。
拥塞处理
拥塞处理
VoIP
VoIP
拥塞处理
Congestion handling
网络拥塞
network congestion
拥塞处理是网络通信 中避免网络拥塞的重
要机制
数据包丢失
Packet loss
数据包缓存
Packet caching
数据包丢弃
selective packet discard
拥塞处理
网络拥塞影响通话质量和实时性，解决方案：VoIP专用 路由器/交换机、专用协议/算法
网络拥塞会导致延迟和抖动。延迟是指数据包从发送端到接收端所需的时间，而抖动是指数据包在网络中传输过 程中的时间波动。延迟和抖动会影响通话的实时性和清晰度。为了减少延迟和抖动，可以使用VoIP专用的路由 器和交换机，以及使用专用的协议和算法，如RSVP和DSCP。这些解决方案可以减少网络拥塞，从而降低延迟 和抖动。
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。
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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
2018/10/3
11
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。
3
6.1 概 述
6.1.1 语音编码技术
(1) 编码的速率要适合在移动信道内传输，纯编码速率应低 于16kbit/s (2) 在一定编码速率下语音质量应尽可能高，即解码后的复 原语音的保真度要高，主观评分MOS（Mean Opinion Score）应不低于3.5 (3) 编解码时延要短，总时延不得超过65ms (4) 要能适应衰落信道的传输，即抗误码性能要好，以保持
PCM(64kbps) ADPCM(32kbps) 7kHz带宽64kbps速率内的音频编码 6.3k/5.6k双速率多媒体语音编码 16kbps语音编码LD-CELP 8kbps多媒体语音编码
2018/10/3
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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：
移动通信原理与应用
黑龙江大学电子工程学院 杨杰
目
录
概述 蜂窝移动通信系统 无线移动通信信道 移动通信的调制技术 抗衰落技术 语音编码技术 移动通信中的多址接入技术 移动通信网 GSM通信系统 IS-95 CDMA移动通信及其标准介绍 第三代移动通信及其标准介绍
2
A/D模数转换 图6-1 模拟信号的数字传输
2018/10/3
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模拟 信源
x(t)
预滤 波器
x(n) 波形编码器 抽样器 量化、编码
数字信道 模拟 信源 重建滤波器 抽样保持，低通
3.2 3.9 2.8 3.4 1.2 4.2
波形解码器
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制。 包括三个过程：抽样、量化、编码。 抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽 样信号； 量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离 散幅度的数字信号； 编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。
客观评定方法用客观测量的手段来评价语音编码的质量，常用的方法 有信噪比、加权信噪比、平均分段信噪比等。 主观评定方法是主观评定等级（Subjective Opinion Scale），或称平 均评定得分（MOS）。MOS得分采用五级评分标准，其方法是由数 十名试听者在相同信道环境中试听并给予评分，然后对评分进行统计 处理，求出平均得分。
6
2018/10/3
语音编码技术分类
2018/10/3
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语音编码技术分类
波形编码：将时域模拟话音的波形信号经过采样、量化和编 码形成数字语音信号
编码速率较高：16k~64k 包括：PCM、ADPCM、ΔM、CVSDM、APC等 占用较高带宽，适合有线
参量编码：基于人类语音的产生机理建立数学模型，根据输 入语音得出模型参数并传输，在收端恢复。
编码速率较低：1.2k~4.8kbps 包括各种线性预测编码（LPC）方法和余弦声码器等 语音质量中等，不满足商用要求 包括GSM的RPE-LPC编码和VSELP编码
混合编码：波形编码+参量编码（LPAS）
2018/10/3
8
用于移动通信的语音编码
2018/10/3
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语音编码标准
G.711 G.721 G.722 G.723 G.728 G.729
图6.2 语音波形编码原理图
波形编码包括两个基本过程：抽样和量化，而这两 个过程也是所有语音编码的基础。
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6.2.2 脉冲编码调制
脉冲编码调制（PCM：Pulse Coded Modulati-on）
定义:直接将样值编码为信号的方法.
图6.3 PCM的组成
在有线数字通信中，常用64kbit/s PCM码传输数字语音 信号。对于无线传输来说，由于受频带的限制，必须采用 低速率、高质量的编码技术方法，所以，在数字峰窝网中 的有线无线接口处，要进行64kbit/s PCM码与其他编码体 制的转换。
(5) 算法的复杂程度要适中，应易于大规模电路集成。
2018/10/3 4
语音编码：移动通信数字化的基础 第1/2代蜂窝系统的根本区别 语音编码的意义：
提高通话质量(数字化+信道编码纠错) 提高频谱利用率(低码率编码) 提高系统容量 (低码率、语音激活技术) 编码速率低，语音质量好 有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能 编译码延时小、总延时在65ms以内 编译码器复杂度低，便于大规模集成化 功耗小，便于应用于手持机
2018/10/3 13
脉冲编码调制PCM基本原理
模数转换要经过抽样、量化和编码三个步骤。
T t
模拟信 息源 抽 样 量 化 编 码 数字通 信系统 译 码 低 通
x(t) 模拟随机信号
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xq t
s
k
ˆ s
k
ˆ q t x
D/A数模转换
ˆ t x
Байду номын сангаас
移动通信对语音编码的要求：
2018/10/3
5
6.1.2 语音评价
表6.1 主观评定等级
质量等级 优 良 满意(正常) 差 劣
分数 5 4 3 2 1
收听注意力等级 可完全放松，不需要注意力
需要注意，但不需要明显集 中注意力
中等程度的注意力 需要集中注意力 即使努力去听，也很难听懂
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
2018/10/3
第六章 语音编码技术
2018/10/3
6.1 概 述 6.1.1 语音编码技术 6.1.2 语音评价 6.2 语音波形编码 6.2.1 语音波形编码概述 6.2.2 脉冲编码调制 6.3参量编码 6.3.1 参量编码的基本原理 6.3.2 线性预测 6.4 激励线性预测和矢量编码 6.4.1 激励源和混合编码 6.4.2 规则脉冲激励长期预测编码 6.4.3 矢量量化编码 6.4.4 码激励线性预测编码 6.4.5 矢量和激励线性预测编码