数字视音频lecture_120222new

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1、数字视音频技术基础2012年春学期第三讲2012年2月22日1）上一堂课回顾2）矢量量化3）感知编码上一堂课回顾•发音器官分为肺、喉和声道。•产生语音的声源主要分为三种：周期性、噪声和冲击性声源。•可区分的语音取决于声源及声道形态。数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码2上一堂课回顾肺动力源喉•喉在发生中的作用是控制声带。•声带的主要状态：呼吸、发浊音(voiced)和发清音(unvoiced)。•声带在呼吸时完全张开；吞咽时关闭；发浊音时声带振动；发清音时比呼吸状态更加靠拢且紧绷。数字视音频技术基础－音

2、频信号的产生、量化及压缩编码3上一堂课回顾喉声门气流速率通常简称为声门波。声门波往复一次的时长称为基音周期(pitchperiod)。基音周期的倒数为基音(pitch)或基频(fundamentalfrequency)。数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码4上一堂课回顾声道•频谱整形——声道可以用一个具有谐振特性的线性滤波器来近似。声道的共振频率被称为共振峰频率(formantfrequencies)或简称共振峰(formant)。在线性非时变全极点模型的假设下，每个声道的形状特性用一组共振峰加以描述。

3、因为假设声道为一个稳定系统，所有极点位于单位圆内，所以声道的传输函数可以表示为乘积形式或部分分式展开形式：AHz()Ni1*1k1(1czkk)(1cz)NiAk1*1k1(1czkk)(1cz)数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码5上一堂课回顾声道•频谱整形数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码6上一堂课回顾声道冲击性声源•声源的产生噪声性的声源其他形式的声源改变声道形状以产生不用发音数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码7上一堂课回顾完整的

4、离散时间模型周期性输入嘴唇辐射X()zAG()()()zVzRzv11zA1vC(1z)21i(1cz)(1cz*1)k1kk单周期声门波噪声性声源X()zAUz()()()VzRzn爆破性声源X()zAHzA()Vz()()Rzii数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码8上一堂课回顾完整的离散时间模型数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码9上一堂课回顾－标量量化标量量化–数学表示与例子xˆˆ[]nxQx([]),nxxnxiM[],1ii1iM个

5、重建电平，M+1个判决电平脉冲编码调制（PCM）（以△为均匀阶距）xxi,1Mii1xxˆii1,1xiMi2码字映射（成B-比特序列）比特率：Bfs，B-每个样点的比特数，fs-采样率数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码10上一堂课回顾－标量量化量化噪声•种类-颗粒噪声xnˆ[]xn[][]enen[]22-过载噪声-抖动，提高量化器的性能和量化噪声的感知质量数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码11上一堂课回顾－标量量化信号-量化噪声比N11222xn

6、[]Exn([])NSNRxn022N1Een([])12een[]Nn0例子：B-位均匀量化，范围2xmax，服从均匀分布22B22(2xxmax/2)maxe2B1212322B322SNRx2xmaxxmaxx4SNR(dB)6B4.7720log()若10maxxx67B.2数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码12上一堂课回顾－标量量化统计模型：语音信号的概率密度函数以及各阶矩概率密度函数估计：对一段时间内各语音值出现的次数进行累加，然

7、后归一化Gamma1/23

8、

9、x3px()e2xx8

10、x

11、xLaplace2

12、

13、x1px()exx2xGaussian2x12px()e2xx2x数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码13上一堂课回顾－标量量化最优量化器-Max量化数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码14上一堂课回顾－标量量化最优量化器－Max量化对于一个已知概率分布的随机变量x，寻找一组M个量化电平使得均方量化误差最小。2均方误差：DExx[(ˆ)]2pxxxd()(ˆ)xx

14、Mxi2pxxxdxi()(ˆ)xxi1i1误差最小化D0,1kMxˆkD0,1kM1xkxx,0M数字视音频技术基础－音频信号的产生、量化及压缩编码15上一堂课回顾－标量量化Max量化的最优解最佳判决电平：xˆˆxkk1x,k211kM重建电平：xkp(