语音信号压缩编码原理及应用

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1、语音信号压缩编码原理及应用随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，尤其是最近20年，语音压缩编码技术在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。语音是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式，是人们思想疏通和情感交流的最主要途径。在实际的语音通信中，有些信道难以扩宽且质量很差；有些信道正被广泛使用，短期内难以更新；有些昂贵的信道，每压缩一个比特都意味着节省开支。因此，语音压缩编码无疑在语音通信及人类信息交流中占有举足轻重的地位。语音编

2、码就是将模拟语音信号数字化，数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理，可以充分利用数字信号处理的各种技术。为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽，还需要对数字化之后的语音信号进行压缩编码，这就是语音压缩编码技术。一，语音压缩编码技术的发展自从1937年A.H.Reeves提出脉冲编码调制(PCM)以来，语音编码技术已有60余年的发展历史。尤其近20年随着计算机和微电子技术的发展语音编码技术得到飞速发展。CCITT于1972年确定64kb/sPCM语音编码G.711建议，它已广泛的应用于数字通信、数字交换机等领域，至今，

3、64kb/s的标准PCM系统仍占统治地位。这种编码方法可以获得较好的语音质量但占用带宽较多，在带宽资源有限的情况下不宜采用。CCITT于80年代初着手研究低于64kb/s的非PCM编码算法，并于1984年通过了32kb/sADPCM语音编码G.721建议，它不仅可以达到PCM相同的语音质量而且具有更优良的抗误码性能，广泛应用于卫星，海缆及数字语音插空设备以及可变速率编码器中。随后，于1992年公布16kb/s低延迟码激励线性预测（LD-CELP）的G.728建议。它以其较小的延迟、较低的速率、较高的性能在实际中得到广泛的应

4、用，例如：可视电话伴音、无绳电话机、单路单载波卫星和海事卫星通信、数字插空设备、存储和转发系统、语音信息录音、数字移动无线系统、分组化语音等。最后共轭代数码激励线性预测（CS-ACELP）的8kb/s语音编码G.729建议已在1995年11月ITU—TSG15全会上通过，并于1996年6月ITU—TSG15末此会议上通过G.729附件A减少复杂度的8kb/sCS-ACELP语音编解码器，正式成为国际标准。这种编码方法延迟小，节省87.5%%的带宽，可以提供与32kb/s的ADPCM相同的语音质量，其音质是同档次码速率中最优

5、的，而且在噪声较大的环境中也会有较好多语音质量。广泛应用于个人移动通信、低C/N数字卫星通信、高质量移动无线通信、存储/检索、分组语音和数字租用信道等领域。其它一些国际组织或国家也积极制定自己的标准。二，语音压缩技术的现状及发展方向语音压缩编码技术的发展是十分迅速的，CELP的编码速率较低，但复杂度较高，可以在4.8kb/s左右的码速率上获得较高质量的语音，是当今中低速率语音编码技术的主流技术之一，许多国际标准化组织及机构纷纷将这一编码方案作为语音编码标准。在对其改善质量、降低复杂度、减少编码延迟等方面都提出了不少新的方法

6、，使CELP在实践中得到广泛应用。随着DSP技术的发展，CELP技术还具有一定的潜力，例如将G.729扩展到6.4kb/s，用于TDMA/CDMA移动无线系统和DCME。目前，语音压缩编码技术主要有两个努力方向：一个是中低速率的语音编码的实用化，及如何使用化过程中进一步减低编码速率和提高其抗干扰、抗噪声能力；另一个是如何进一步的降低其编码速率，目前已能在5kb/s-6kb/s的速率上获得高质量的重建语音，下一个目标则是要在4kb/s的速率上获得短延时、高质量的重建语音。特别是对中长延时编码，人们正在研究其更低速率（如400

7、b/s-1200b/s）的编码算法，在这个过程中当编码速率降至2.4kb/s速率以下时，CELP算法即使应用更高效的量化技术也无法达到预期的指标，需要其它一些更符合低速率编码要求的算法，目前比较好的算法还有正弦变换编码（STC）、混合激励线性预测编码（MELPC）、时频域插值编码（TFI）、基音同步激励线性预测编码（PSELP）等，同时还要求引入新的分析技术，如非线性预测、多精度时频分析技术（包括子波变换技术）、高阶统计分析技术等，这些技术更能挖掘人耳听觉掩蔽等感知机理，更能以类似人耳的特性作语音的分析与合成，使语音编码系

8、统更接近于人类听觉器官的处理方式工作，从而在低速率语音编码的研究上取得突破。三，语音压缩编码技术的种类1.波形编码(waveformcoding)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