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1、焦作工学院学报(自然科学版),第21卷,第3期,2002年5月JournalofJiaozuoInstituteofTechnology(NaturalScience),Vol.21,No.3,May2002语音编码技术的分析与应用王文星(中国矿业大学北京校区,北京100083)摘要:对语音编码技术的特点进行了分析与研究,对波形编码、声码器和混合编码三种主要的语音编码进行了比较,并介绍了GSM和CDMA两种系统语音编码及部分常用语音编码芯片,指出了语音编码技术的发展趋势,并根据矿井井下特点,对矿井通信系统所采用的语音编码技术进行了研究
2、,最后得出了几点有用的结论.关 键 词:语音编码;GSM;CDMA;矿井;通信中图分类号:TN912.3文献标识码:A 文章编号:1007O7332(2002)03O0193O04语音编码是将模拟语音信号数字化的手段.语音信号数字化后,可以作为数字数据来传输、存储或处理,因而具有一般数字信号的优点.1 语音编码方法语音编码主要有三种方式:波形编码、声码器和混合编码,通常把编码速率低于64kbps的语音编码方式称为语音压缩编码技术.下面分别介绍这三种编码方法.1.1 波形编码波形编码针对语音波形进行的,这种方法在降低量化每个语音样本
3、比特数的同时又保持了相对良好的语音质量.波形编码包括时域编码和频域编码.①时域编码.时域编码主要有脉冲编码调制(PCM)、增量调制(ΔM)、自适应差分脉码调制(ADPCM)、自适应增量调制(ADM)、自适应预测编码(APC)等.线性PCM是用同等的量化级进行量化,没有利用声音的性质,所以信息没有得到压缩,对数PCM利用了语音信号幅度的统计特性,对幅度按对数变换压缩,将压缩的结果作线性编码,在接收端解码时,按指数扩展,这种方法在数字电话通信中得到了广泛的应用,现有的PCM采用编码速率为64kbps的A律μ律对数压扩方法.由于对数PCM广
4、泛应用于通信系统中,而线性PCM可以直接进行二进制运算,所以一般速率低于64kbps的语音编码系统多是先进行对数PCMO线性PCM变换后,再采用信号处理器进行语音信号数字处理.PCM最大缺点是数码率高,在传输时所占频带较宽.差分脉码调制(DPCM)是根据相邻采样值的差值信号进行编码,ADPCM是在DPCM的基础上发展起来的,其量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳或接近于最佳参数状态.ADPCM是语音编码中复杂程度较低的一种方法.增量调制是根据信号的瞬值是否增大或减小,即根据增量编码,用一位二进制码序列对模拟信号进行
5、编码.这种方法简单,实现容易,但由于量阶固定,量化噪声功率固定,所以当信号下降时,信噪比(SNR)下降.为了改进这种方法的动态范围,引进了自适应技术,让量阶的大小随输入信号的统计特性变化而变,这种方法称为自适应增量调制(ADM).CVSD是让量阶的大小随音节时间间隔 收稿日期:2001O09O04;修回日期:2002O01O15 作者简介:王文星(1967O),男,天津人,硕士研究生,主要从事控制及信号处理研究. 焦作工学院学报194(自然科学版)2002年第21卷(5～20ms)中信号平均斜率变化
6、,信号的斜率是通过输出连“0”或连“1”来检测的.ADM编码器简易,同步简单,成本低,是数字移动通信中较好的一种语音编码方法.APC是根据语音的统计特性,由过去的采样值精确预测出当前样值的一种编码方法,它是通过自适应预测器来提高预测精度的,预测得越精确,编码速率越低,这种方法可以做到低速率(10kbps以下),并且音质与电话音质相似.②频域编码.频域编码方式主要有子带编码(SBC)和自适应变换编码(ATC)SBC是利用带通滤波器将语音频带分成若干子带,并且分别进行采样、编码,编码方式可以用ADPCM或ADM,SBC速率可以达到9.6k
7、bps.可变SBC可使子带的设计不固定,而是随共振峰变化,使编码速率进一步提高,这种方式在速率为4.8kbps时可具有相当于7.2kbps的固定SBC的语音质量.ATC是先将语音信号在时间上分段,每一段信号一般有64～512个采样,再将每段时域语音数据经正交变换转换到频域,得到相应的各组频域系数,然后分别对每一组系数的每个分量单独量化、编码和传输,在接收端解码得到的每组系数再进行频域至时域的反变换,恢复时段信号,最后将各时段连接成语音信号,ATC编码在速率为12～16kbps可得到优质语音.1.2 声码器所谓声码器是根据发音模型,分析
8、并提取语音信号的特征参数,且只传送能够合成语音信息的参数,不需要再现原语音的波形,典型的声码器有谱带式、共振峰式和按线性预测分析(LPC)所组成的声码器等.谱带式声码器在发送语音信号的三种信息,其中一种信息是使语音信号通
