自适应差分脉码调制

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1、第4章模拟信号的数字传输4.2自适应差分脉码调制（选修）4.2.1概述几十年来，人们一直致力于压缩数字化语音占用频带的工作，也就是在相同质量指标下，努力降低数字化语音比特率，以提高数字通信系统的频带利用率语音压缩方法有DPCMSBCATCCELPMPLPCVQADPCMADPCM在更低的码率下(16-8kbps)，质量明显下降4.2.2DPCM基本原理4.2.3ADPCM基本原理极点预测器预测误差滤波器重建滤波器4.2.4语音压缩编码原理框图4.2.4.1语音编码技术概述语音编码：移动通信数字化的基础第1/2代蜂窝系统根本区别语音编码的意义：提高通话

2、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)4.2.4.2语音编码分类语音编码器波形编码器参量编码器频域时域非差分子带编码自适应变换域编码差分PCMDPCMM连续可变斜率MADPCMAPC线性预测编码声码器信道声码器共振峰声码器倒频谱声码器语音激励声码器多脉冲激励LPC码本激励LPC矢量和激励LPC4.2.4.3语音编码分类波形编码：将时域模拟话音的波形信号进过采样、量化和编码形成数字语音信号---《现代通信原理》编码速率较高，16k~64k包括：PCM，ADPCM，M，CVSDM，APC等占用较

3、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，1.2~4.8kbps包括各种线形预测编码(LPC)方法和余弦声码器语音质量中等，不满足商用要求混合编码：波形编码+参量编码(LPAS)包括GSM的RPE-LPC编码和VSELP编码4.2.4.4语音编码的标准G.711PCM(64kbps)G.721ADPCM(32kbps)G.7227kHz带宽64kbps速率内的音频编码G.7236.3k/5.6k双速率多媒体语音编码G.72816kbps语音编码LD-CELPG.7298kb

4、ps多媒体语音编码4.2.4.5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：非线形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4.2.4.6线形预测编码的原理原理：模型化人类语音信号产生的机制，提取模型参数，并且只传输模型的参数。语音信号的产生模型：语音的产生，声带和声道不同语音产生的原因：声音激励源和声道不同声音分类：浊音和清音发声过程口腔和鼻腔形成时变滤波器4.2.4.7清音和浊音清浊音频谱清浊音信号4.2.4.8语音产生模型语音模型的建立：1.产生激励，2.响应模型参数：基音，共振峰

5、频率及强度，清浊音判决低码率编码码率降低有限合成的语音波形失去了自然度和音质周期脉冲发生器随机噪声发生器G时变数字滤波器清/浊音开关声道参数基音周期4.2.4.9LPC语音编码使误差均方最小，可求得一组预测系数{ak}，传送：预测系数，基音周期合增益，清浊音判决4.2.5图像编码变换：编码4.2.5.1图像压缩标准可压缩的原因已有的标准为什么要变换和量化变换量化熵编码具有优良频率特性的滤波器作变换工具，有利于得到平稳的能量分布，有利于进一步的量化处理原始信号的信息损失主要发生在量化阶段，好的量化能以尽可能少的量化误差换取最小的码率+=高质量编码器4.

6、2.5.2编码与变换、量化4.2.6DFT与DCTDFT变换结果有虚部和实部对DFT变换系数量化后，吉布斯效应明显把x(n)对称延拓，可以消除其中的虚部，得到DCT变换4.2.6.1正交变换的一个例子假设图象的大小只有一个4×4的块，即一共16个点，其中每个象素点都有一定的值，我们把这个值叫灰度值。对图象而言，这些值为0~255之间的整数。假设一幅4×4的图象，它的灰度值如下：下面我们对这个4×4的图象做变换，变换矩阵我们选：一般我们希望它是正交矩阵，即变换矩阵和它的逆矩阵的乘积，为单位矩阵，即：对上述图像作变换，可以验证：我们希望这个过程是可逆的，

7、即可以验证：=4.2.6.2二维4×4DCT变换若表示矩阵对应元素相乘，d=b/c，那么上式可以表示为时，为最优变换矩阵在这里，d取5／2，非常接近最优值此时，，得到整数变换矩阵的正变换为：4.2.6.3二维4×4DCT整数变换4.2.6.4二维4×4DCT变换与量化对于9比特的预测误差数据做变换，变换矩阵每一行绝对值之和的最大值为14，因此对于变换后的矩阵元素需要位来表示。现在大多数处理装置（如CPU，DSP）为32位宽，用上述变换进行处理就没有数据溢出的危险。一旦得到变换后的系数，我们就可以对变换系数进行量化操作。对于某个量化步长QStep，对

8、应一个量化参数Q，量化参数Q的取值范围为0到44整数，量化就是把变换得到的结果都除以QStep：可以得到：其