1、数字通信第二章第二章 语音编码技术语音编码技术数字通信 聊城大学理工学院李晓红 2第二章 信源编码v 2.2.0压缩编码概述压缩编码概述v 2.2.1语音编码概述语音编码概述v 2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码v 2.2.3语音信号的参数编码语音信号的参数编码v 2.2.4语音信号的混合编码语音信号的混合编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 32.2.0 压缩编码概述v 一一.压缩编码原因压缩编码原因n信号的压缩编码是研究如何降低信号编码速率的问题。p以语音信号为例，模拟形式下带宽一般不到4KHz，经过调制后，所需传输带宽不会超过不会超过8KHz8KHz。p但是以8KHz抽样，并
2、且每个样值用8位二进制代码表示时，即采用A率13折线PCM数字语音信号时，信息速率为64Kbit/s。利用二进制理想基带传输系统传输一路这样的数字语音信号。所占系统的最小带宽为最小带宽为32KHz32KHz。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 42.2.0 压缩编码概述v 二、信源编码技术的核心二、信源编码技术的核心n研究压缩编码算法，用尽可能低的传信率获得尽可能好的信号质量。p即在相同质量指标的条件下，降低传输速率，从而达到提高频带利用率的目的v 三、信源压缩编码方法的种类三、信源压缩编码方法的种类n按照处理方式的不同，信源压缩编码的方法有：n（1 1）概率匹配编码）概率匹配编码p根据编码对象
3、出现的概率分配不同长度的代码，以保证总的代码长度最短例：子带编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 52.2.0 压缩编码概述n（2 2）预测编码）预测编码p利用信号之间的相关性，预测未来的信号，对预测的误差进行编码p例：（DPCM，ADPCM）n（3 3）变换编码）变换编码p利用信号在不同函数空间分布的不同，选择合适的函数变换将信号从一种信号空间变换到另一种更有利用压缩编码的信号空间，再进行编码。n（4 4）识别编码）识别编码p分解文字，语音和图像的基本特征，与汇集这些基本特征的样本集对照识别，选择失真最小的样本编码传送。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 6v 一、语音编码的性能指标一、语音编
4、码的性能指标n（1）语音质量n（2）编码速率n（3）编解码延时n（4）算法复杂度v 二、语音编码分类二、语音编码分类n根据编码器的实现机理，语音编码分成三大类：p（1）波形编码p（2）参数编码p（3）混合编码2.2.1语音编码概述数字通信 聊城大学理工学院李晓红 72.2.1语音编码概述v 波形编码波形编码n原理：原理：在信源端以波形逼近为原则对语音信号进行采样、量化、压缩编码，解码端根据这些编码后的数字序列恢复出语音信号的波形。n优点：优点：重建语音质量好，抗干扰能力强等。n缺点：缺点：信息量大，编码速率高，一般在1664kbps之间,在传输时占用较多的带宽资源。n类型：类型：PCM，DM,
5、ADM(自适应增量调制），DPCM（差值脉冲编码调制）ADPCM（自适应差值脉冲编码调制）子带编码（SBC），自适应预测编码（APC),自适应变换编码（ATC)等。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 82.2.1语音编码概述v 参数编码参数编码n原理：原理：参数编码是分析并提取信源信息模型中必要的、关键的但不是全部的特征参数，将上述参数信息通过采样、量化、编码，然后合成发送出去；在接收端通过接收到的参数取值的编码，还原出信源信息。n优点：优点：压缩比大，编码速率低，传输带宽占用少，一般在2.4kbs以下。n缺点：缺点：计算量大，语音质量差。n类型：类型：LPC线性预测编码，多带激励（MBE）编码
6、，正弦变换编码（STC），混合激励线性预测编码（MELP）。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 92.2.1语音编码概述语音编码概述v 混合编码混合编码n原理：原理：混合编码就是结合波形编码和参数编码的优点，总体上使用参数编码的保留低带宽需求优点，在重点的部分信息应用波形编码获得较高质量的合成语音，增强了语音的自然度。n特点：特点：有一定抗噪和抗误码的性能，但时延较大。编码速率可在2.416kbs之间选择。n类型类型:子带编码，多脉冲线性预测编码（MPLPC）、规则脉冲激励线性预测编码（RPELPC）、码本激励线性预测编码（CELPC）、低时延的码本激励线性预测编码（LD-CELPC）数字通信
7、聊城大学理工学院李晓红 102.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码v 一、脉冲编码调制（一、脉冲编码调制（PCM)PCM)n无压缩的信源编码v 二、差分脉冲编码调制（二、差分脉冲编码调制（DPCM)DPCM)n1.预测编码的目的：降低编码的比特率n2.预测编码的原理：p连续变化的信号，相邻抽样值有较大的相关性，冗余度大p预测器就是利用前面的几个抽样值预测当前的抽样值p显然，两者不能相等，但两者之差值变化范围就很小了数字通信 聊城大学理工学院李晓红 11p仅传输此差值，可以使用少几位的编码，降低了比特率量化编码d(n)x(n)(n)x预测器d(n)预测值预测值差值差值抽样值抽样值差值的量
8、化值差值的量化值d(n)0,1,1,0,0信道译码d(n)(n)xx(n)预测器重建信号重建信号2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 12n3.差分脉冲编码调制原理pDPCM：Differential Pulse Code ModulationpDPCM 是应用广泛的一种基本的预测编码pDPCM 是ADPCM(Adaptive DPCM)的基础量化编码d(n)x(n)(n)x预测器d(n)d(n)0,1,1,0,0信道译码d(n)(n)xx(n)预测器（1）d(n)越小，在相同的编码位数时信噪比越高。越小，在相同的编码位数时信噪比越高。（2）收发端必须
9、有相同的减去量）收发端必须有相同的减去量 。(n)x2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 13n4.预测p利用前面的几个抽样值来预测当前的抽样值，则称为预测。p假如有一个信号x(t),用速率1/TS进行采样，那么在时刻t=nTs，我们可以掌握此前N个样值序列 x(nTs-Ts),x(nTs-2Ts),x(nTs-NTs)。根据前N个样值对x(nTs)进行预测,定义为:1()()Nsissix nTW x nTiTW Wi预测系数预测系数-x(nTs)的预测值。()sx nTNN预测阶数预测阶数2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城
10、大学理工学院李晓红 14预测过程可用横截滤波器实现预测过程可用横截滤波器实现1()()Nsissix nTW x nTiT预测器模拟框图2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 15n5.预测器的结构p线性预测网络可分为极点预测器和零点预测器两种p(1).极点预测器（用重建信号 进行的预测）a:极点预测器的方框图()x n+(n)x预测器预测器x(n)编码编码量化器量化器(n)xd(n)d(n)x(n)+2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 16pb:预测器传递函数P(z)N阶预测器公式：进行Z变换后得：则预测器的
11、传递函数为：jNjjzzxazx)()(1)()(1jnxanxNjj)()()(ZXZXZPjNjjza1)()()(zxzxzp2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 172.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码pC:重建滤波器重建滤波器译译码码x(n)编编码码+量量化化器器预预测测器器+(n)xx(n)(n)xd(n)d(n)信信道道d(n)+预预测测器器(n)xx(n)重重建建滤滤波波器器1()1H()()(1)Njjjx Zzd Za z重建滤波器的传函：由于重建滤波由于重建滤波器传递函数只有极器传递函数只有极点没有零点点没有零点,故称为
12、故称为全极点预测器全极点预测器.数字通信 聊城大学理工学院李晓红 182.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码n(2).零点预测器（用 差值量化值 进行预测）pa:零点预测器的方框图预测器预测器编码编码+量化器量化器x(n)(n)xd(n)d(n)()d nd(n)数字通信 聊城大学理工学院李晓红 192.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码pb:预测器传递函数P(z)N阶预测器公式：进行Z变换后得：则预测器的传递函数为：)()()(zdzxzp)()(1jndbnxMjj)()()(ZXZXZPjNjjzb11()()Mjjjx Zb d Z Z数字通信 聊城大学理工学院李晓红
13、202.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码pc:重建滤波器量化编码d(n)(n)x预测器d(n)d(n)信道译码x(n)d(n)(n)x预测器x(n)重建滤波器重建滤波器1()()(1)Mjjjx Zd Zb Z重建信号 1()H()1()Mjjjx Zzb Zd Z 重建滤波器的传函：1()()Mjjjx Zb d Z Z数字通信 聊城大学理工学院李晓红 212.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码d(n)+量化器量化器+零点预测器零点预测器极点预测器极点预测器+x(n)d(n)(n)x(n)x(n)xd(n)x(n)Miiindb1)()(1jnxaNjjn（3）极零点预测器
14、（把零点和极点预测器组合起来）p(a)零极点预测器的方框图数字通信 聊城大学理工学院李晓红 222.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码pb:重建滤波器方框图零点预测器零点预测器极点预测器极点预测器d(n)x(n)(n)x重建滤波器pc:重建滤波器的传输函数NjjjMiiizazbZH1111)(数字通信 聊城大学理工学院李晓红 232.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码n6、DPCM系统的抗噪声性能分析pDPCM的总误差定义为p根据原理框图：根据原理框图：p所以所以DPCM系统总误差只和差值信号的量化误差有关。系统总误差只和差值信号的量化误差有关。)()()(nxnxne)()
15、()(nxndnx)()()(nxndnx)()()()()(nxndnxndne)()()(ndndne数字通信 聊城大学理工学院李晓红 242.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码nDPCM系统信噪比系统信噪比p 为预测器增益为预测器增益pGp1 预测器有增益预测器有增益 Gp1 加预测后反而不利加预测后反而不利p 量化器的量化信噪比量化器的量化信噪比22()()E xnSN RE en=)()()()(2222neEndEndEnxE=qPSNRG 2x2d2eqSNRPG数字通信 聊城大学理工学院李晓红 252.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码n要使信号总信噪比大要使信
16、号总信噪比大,就要使预测增益大就要使预测增益大,也也就是使差值就是使差值d(n)减小，增加预测的准确性；减小，增加预测的准确性；同时还要求降低同时还要求降低e(n)，达到最佳量化，达到最佳量化.n只有采用自适应系统，才能得到最佳性能。只有采用自适应系统，才能得到最佳性能。n有自适应系统的有自适应系统的DPCM称为称为ADPCM(自适自适应差值脉码调制应差值脉码调制)数字通信 聊城大学理工学院李晓红 262.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码v 1.ADPCM1.ADPCM实质：实质：在DPCM的基础上加上自适应量化和自适应预测。v 2.ADPCM2.ADPCM定义：定义：能够实现自适应
17、预测功能，或者自适应量化功能或者同时实现两种自适应功能的DPCM系统称为ADPCM系统。固定预测固定预测 固定量化固定量化数字通信 聊城大学理工学院李晓红 272.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码v 3.3.最佳预测最佳预测p预测系数取何值时预测器是最佳预测器？p预测值 越接近实际值 越好。p即差值 越小越好。p能够使 最小的预测器为最佳预测器。na.a.一阶固定线性预测一阶固定线性预测p求预测系数h1=1的一阶固定线性预测器的预测增益Gp)()()(ssnTxnTxnd)(snTx)(snTx)(2ndEN=12d)()(2nxnxE)(2ndE)()(1inxhnxNii)()(
18、21NiiinxhnxE)1()(2nxnxE2222)()(dxpndEnxEG数字通信 聊城大学理工学院李晓红 282.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码p同除以p得：)1()(2nxnxE)(22ndEd)1()1()(2)(22nxEnxnxEnxE)1()(22nxEnxE)1()(2)(22nxnxEnxE)1()1()(RnxnxE2)1(xR)1(222Rx2x)1(1 2222xxdR12)()1()(pnxEnxnxEPG)1(211p相关系数相关系数数字通信 聊城大学理工学院李晓红 292.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码nb.一阶最佳线性预测一阶最佳线
19、性预测p求一阶线性预测器的最佳预测系数h1opt及预测增益Gpoptp令 得最佳预测系数：h1opt=p1)1()1()(2)(22112nxEhnxnxEhnxE2d)()(2nxnxE)(2ndE)()(1inxhnxNii)1()(21nxhnxE)1()(22nxEnxE)1(212212Rhhxx)21(12112Phhx12)1(pRx012hd最佳线性预测器是最佳线性预测器是预测误差最小预测误差最小的预测器，的预测器，可获得最大预测增益可获得最大预测增益GP。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 302.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码min2)(d221)1(xpp则一阶
20、线性预测器的最佳预测增益为：则一阶线性预测器的最佳预测增益为：nc.二阶最佳线性预测二阶最佳线性预测)1(121maxpGp12()()(1)(2)d nx nh x nh x n22()dE dn数字通信 聊城大学理工学院李晓红 312.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码22()(2)()E x n x npE xn222212min121()1dxpppp21221122211(1)()(1)(1)optoptpppphhpp除去除去 之外，二阶预测的误差总比一阶预测的小。之外，二阶预测的误差总比一阶预测的小。212pp222121200dddhhhh令，可以求得最佳，使得最小数字
21、通信 聊城大学理工学院李晓红 32作业题作业题1、已知一阶固定的、已知一阶固定的DPCM系统，其预测系数系统，其预测系数h1=1，归一化系数归一化系数p1定义为：定义为：其中其中 为相关系数，求该系统的预测增益为相关系数，求该系统的预测增益Gp。825.0)0()1(1xxRRp)1(xR2、上题中若取一阶预测系数、上题中若取一阶预测系数h1=h1opt，试求，试求Gpopt数字通信 聊城大学理工学院李晓红 332.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码2.已知输入信号的功率已知输入信号的功率 ，相关系数，相关系数R(1),R(2)，求二阶固定极点预测器，求二阶固定极点预测器DPCM系系统
22、的最大预测增益统的最大预测增益Gpopt2x数字通信 聊城大学理工学院李晓红 342.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码d:N阶最佳线性预测阶最佳线性预测 求偏微分，并令为零求偏微分，并令为零2221()()()()()NjjE dnEx nx nEx nh x nj2()01,2,.jE dnjNh 数字通信 聊城大学理工学院李晓红 352.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码所以得到一组线性方程所以得到一组线性方程12(1)(0)(1).(1)(2)(1)(0).(2).(1)(2).(0)()optoptNoptRhRRR NRhRRR NR NR NRhR N 1optx
23、xxxhRr12(1)(0)(1).(1)(2)(1)(0).(2).,.(1)(2).(0)()optoptxxxxopthRRRR NhRRRR NR NR NRR N rRh其中.Nopth数字通信 聊城大学理工学院李晓红 362.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码 差值信号在预测系数取最佳值时最小，最佳预测增差值信号在预测系数取最佳值时最小，最佳预测增益有：益有：2221()1()()1()PoptNjoptiE xnGRjE dnhE xn()()()1,2,.1R jE x n x njjN数字通信 聊城大学理工学院李晓红 372.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码
24、v 4 4、自适应预测自适应预测 预测系数在预测过程中实时调整，使预测器总是达到最佳。n前向自适应预测算法p根据相关特性R(i),求最佳预测系数的方法。p特点:运算量大，延迟时间大，不能用于高速系统。n 后向序贯自适应预测算法p最佳预测系数是根据量化后的编码数据X(n)进行估值，可以快速修正系数。如果由一个样值至一个样值逐个修正则称为序贯后向自适应预测。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 382.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码 LMS算法（最小均方算法）)()()()(1inxnhnxndNii)()()()()1(inxndnnhnhiii梯度系数，它决定了预测系数自适应速率梯度系
25、数，它决定了预测系数自适应速率数字通信 聊城大学理工学院李晓红 392.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码)(sgn)(sgn)()()1(inxndnnhnhiiii)(sgn)(sgn)()()1(indndnnhnhiiii极点预测器极点预测器零点预测器零点预测器衰减因子衰减因子(抗误码因子抗误码因子)数字通信 聊城大学理工学院李晓红 402.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码v 5.5.自适应量化自适应量化n1 1、最佳量化、最佳量化分层电平为相邻量化电平的中点量化电平是该量化间隔内经常出现的瞬时电平值n2 2、自适应量化、自适应量化p自适应量化指自适应量化指量化器的量
26、化间隔（阶距）能随量化器的量化间隔（阶距）能随信号的瞬时值作自适应调整信号的瞬时值作自适应调整,以达到最佳量化。以达到最佳量化。p为使量化器始终处于最佳状态或接近最佳状态，量化器参数（量化电平量化电平yyk k、分级判决电平、分级判决电平xxk k、量阶、量阶）能够自适应差值信号d(n)变化。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 412.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码p3 3、实现方法、实现方法（1）前向自适应量化（AQF）p严格根据严格根据输入方差输入方差确定量化器分级判决电平确定量化器分级判决电平xk与量化器的量化电平与量化器的量化电平yk值，称为前向自适应。值，称为前向自适应。p
27、这种方法在实时系统不易实现。这种方法在实时系统不易实现。优点：优点：量化误差小，信噪比大 缺点：缺点：量阶的信息要与话音信号一起送到收端 译码器，否则，收端无法知道该时刻的量阶值。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 422.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码（2）后向自适应量化 根据前一时刻的输出数字码C(n-1)C(n-1)或量化器输出值y(n-1)y(n-1)来确定本次x(n)x(n)与y(n)y(n)称为后向自适应。优点：优点：接收端不需要量阶的信息，因为量阶的信息可以从接收码中提取，码速率低，实现容易。缺点：缺点：因为量化误差影响量化值得准确度，即信 噪比下降，但影响较小。数字通
28、信 聊城大学理工学院李晓红 432.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码Jayant提出的后向自适应算法：本次量化间隔=前一次量化间隔量化调整因子M|I(n-1)|-量化间隔调整因子上式算法在有传输误码情况下,会产生误码扩散问题,因此采用修正式:-抗误码因子)1(*)1()(nIMnn)1(*)1()(nIMnn（n-1）时刻）时刻 幅度幅度I的函数，与此时的函数，与此时量化电平有关量化电平有关下一量阶下一量阶现在量阶现在量阶数字通信 聊城大学理工学院李晓红 442.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码两边取对数得：为量化器的定标因子。定标因子。)1(log)1(log)(log2
29、22nIMnn)(log)(2nny)1(log)1()(2nIMnyny分为快速定标因子（语音）分为快速定标因子（语音）慢速定标因子（数据）慢速定标因子（数据）)(nyu)(nyl数字通信 聊城大学理工学院李晓红 452.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码动态锁定动态锁定DLQ（双模式自适应量化器）（双模式自适应量化器）)1()(1()1()()(nynanynanyllul1)(0nal1)(nal0)(nal数字通信 聊城大学理工学院李晓红 462.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码v 6 6、32kbit/s32kbit/s的的ADPCMADPCM编译码系统编译码系统n
30、 ADPCM技术指标：满足G.712的语音质量要求；经4次音频转换后MOS应大于3.5分；在Pe小于1e-3下能稳定工作n ADPCM主要改进：量化器和预测器均采用自适应方式。抽样频率为8KHz，每一样值编4位码。n ADPCM编译码器原理框图编译码器原理框图 P99数字通信 聊城大学理工学院李晓红 4747 自适应量化自适应量化 自适应预测自适应预测（6个零点和个零点和2个极点）个极点）2.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 48482.2.2语音信号的波形编码语音信号的波形编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 49492.2.2语音信号的波形编码语音
31、信号的波形编码 子带编码（子带编码（SBC）v一、什么是子带编码一、什么是子带编码n子带编码（SBC，Sub-band Coding）是一种在频率域中进行数据压缩的方法。p在子带编码中，首先用一组带通滤波器将输入信号分成若干个在不同频段上的子带信号;p然后将这些子带信号经过频率搬移转变成基带信号，再对它们在奈奎斯特速率上分别重新取样。p每个子带取样后的信号经过单独的自适应PCM编码，并合并成一个总的码流传送给接收端。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 50子带编码（子带编码（SBC）v 二二.子带编码的原理框图子带编码的原理框图APCM编码器编码器数字通信 聊城大学理工学院李晓红 5151n在接
32、收端，首先把码流分成与原来的各子带信号相对应的子带码流，然后解码、将频谱搬移至原来的位置，最后经带通滤波、相加，得到重建的信号。解码器解码器子带编码（子带编码（SBC）数字通信 聊城大学理工学院李晓红 5252v三、对每个子带分别编码的好处三、对每个子带分别编码的好处n（1）可以利用人耳（或人眼）对不同频率信号的感知灵敏度不同的特性，在人的听觉（或视觉）不敏感的频段采用较粗糙的量化，从而达到数据压缩的目的。p 例如：音调和共振峰，用较小的量化阶、较多的量化级数，即分配较多的比特数来表示样本值。p 而话音中的摩擦音和类似噪声的声音，通常出现在高频子带中，用较大量化阶距，分配较少的比特数。0200
33、040006000800010000120001400016000-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81原 始 语 音 信 号time nfuzhi n0100200300400500600010203040原 始 语 音 信 号 FFT频 谱020004000600080001000012000010203040原 始 语 音 信 号 频 谱Hzfuzhi子带编码（子带编码（SBC）数字通信 聊城大学理工学院李晓红 5353n （2）每个子带使用独立的量化阶距，这就可以避免能量较小的频带内的信号被其他频带中的量化噪声所掩盖。n （3）通过频带分裂，各个子带的取样频率
34、可以成倍下降。16kbps SBC26.5kbps ADPCM9.6kbps SBC19kbps ADMMp3编码器编码器数字通信 聊城大学理工学院李晓红 54v 四四.分类分类n按照子带划分的不同，可分为：p等带宽子带编码等带宽子带编码p变带宽子带编码变带宽子带编码各子带的带宽相同各子带的带宽不相同子带编码（子带编码（SBC）数字通信 聊城大学理工学院李晓红 55n(1).等带宽子带编码p子带划分式中k1，2，3，m，m是子带总数，B是编码信号总的带宽。n(2).变带宽编码常用的子带划分是令各子带宽度随k的增加而增加mBBBk/kkBB1子带编码（子带编码（SBC）数字通信 聊城大学理工学院
35、李晓红 56v 五五.传输速率传输速率n假设每个子带波形抽样频率为fsk,每个抽样值用Rk比特编码，则总的传输速率等于每个子带的总的传输速率等于每个子带的编码比特率的总和。编码比特率的总和。n对于等带宽子带编码有：kmkskRfI1mBBBk/mBBfsk/22bit/s/21mkkRmBI子带编码（子带编码（SBC）数字通信 聊城大学理工学院李晓红 57n如果R表示平均每个子带的比特数，即n全带编码传输速率的表达式n这是这是全带编码时的传输速率表示式全带编码时的传输速率表示式，R为对全为对全带采样编码时的平均比特数。带采样编码时的平均比特数。mRRmkk1BRI2子带编码（子带编码（SBC）
36、数字通信 聊城大学理工学院李晓红 5858 子带编码存在的问题是子带编码存在的问题是编解码的延时比较长编解码的延时比较长，约在，约在几十几十100ms之间，这主要是滤波器组的延时造成的，之间，这主要是滤波器组的延时造成的，这种延时对于一些通信系统是不能接受的，因此子这种延时对于一些通信系统是不能接受的，因此子带编码主要用于声频存储、数字声广播以及一些允带编码主要用于声频存储、数字声广播以及一些允许延时较长的电话传输系统中。许延时较长的电话传输系统中。子带编码（子带编码（SBC）数字通信 聊城大学理工学院李晓红 59例题v 1.一个4子带的SBC系统，子带分别为0800,8001600,1600
37、2400,24003200,如果忽略同步码的边带信息，子带的比特分配分别为3，2，1，0 比特/样值,求总的传输速率和全带采样时的平均比特数。v 2.一个4子带的SBC系统，子带的分割如下：225450,450900,16002400,24003200,如果忽略同步码的边带信息，子带的比特分配分别为4，3，2，1 比特/样值,求总的传输速率和全带采样时的平均比特数。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 602.2.3参数编码参数编码v 1.原理：原理：参数编码是分析并提取语音信号模型中必要的、关键的但不是全部的特征参数，将上述参数信息通过采样、量化、编码，然后合成发送出去；在接收端通过接收到的参数
38、取值的编码，还原出信源信息。2.语声信号分析语声信号分析n语声形成的大致过程是：从肺部压出的空气由气管到达声门，气流流经声门时形成声音，然后再经咽腔，由口腔或鼻腔送出。其中咽腔、口腔、鼻腔等构成声道，当腔体呈不同形状，舌、齿、唇等处于不同位置时，相当于形成一个具有不同零极点分布的滤波器，气流通过该滤波器后产生相应的频响输出，从而发出不同的音素。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 612.2.3参数编码参数编码n根据激励源和声道模型的不同，语音主要分为根据激励源和声道模型的不同，语音主要分为浊音和清音。浊音和清音。n1）浊音浊音：又称声音。声带在气流的作用下准周：又称声音。声带在气流的作用下准周期
39、地闭合或开启，从而在声带中激励起准周期期地闭合或开启，从而在声带中激励起准周期的声波。具有明显的准周期特性。浊音信号的的声波。具有明显的准周期特性。浊音信号的能量主要集中在各基音的谐波频率附近，而且能量主要集中在各基音的谐波频率附近，而且主要集中于低于主要集中于低于3KHz的范围内。的范围内。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 622.2.3参数编码参数编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 632.2.3参数编码参数编码n2）清音：气流速度达到某一临界速度时，会引起湍流，此时声带不震动，声道被噪声状随机波激励，产生较小幅度的声波，其波形与噪声很像。p清音信号没有准周期性，能量主要集中在比浊音更高
40、的频率范围内。语音学中，将发音时声带振动的音称为浊音(又称有声)，声带不振动的音称为清音(又称无声)。数字通信 聊城大学理工学院李晓红 642.2.3参数编码参数编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 652.2.3参数编码参数编码v 3）共振峰：声道频率特性对应的谐振点叫做共振峰频率。共振峰出现在浊音频谱中。P41v 4）语音信号发生模型 P42 数字通信 聊城大学理工学院李晓红 66v 4.4.声码器声码器(vocoder)(vocoder)n针对话音的参数编码叫做声码器。n在话音生成模型中，声道被等效成一个随时间变化的滤波器，叫做时变滤波器(time-varying filter)，它由白
41、噪声无声话音段激励，或者由脉冲串有声话音段激励。n因此需要传送给解码器的信息就是滤波器的规格、发声或者不发声的标志和有声话音的音节周期，声音的强度。2.2.3参数编码参数编码数字通信 聊城大学理工学院李晓红 67周期脉冲发生器随机噪声发生器G时变数字滤波器)(nu清/浊音开关声道参数)(ns基音周期2.2.3参数编码参数编码5.话音生成模型话音生成模型数字通信 聊城大学理工学院李晓红 68v 这种声码器的数据率在2.4 kb/s左右，产生的语音虽然可以听懂，但其质量远远低于自然话音。增加数据率对提高合成话音的质量无济于事，这是因为受到话音生成模型的限制。尽管它的音质比较低，但它的保密性能好，因此这种编译码器一直用在军事上。2.2.3参数编码参数编码
