语音信号波形编码

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1、第2章语音信号波形编码第一节语音信号编码的基本概念一、语声信号编码的概念语声信号编码——模拟话音信号的数字化(信源编码)。二、语声信号编码的分类l波形编码——根据语声信号波形的特点,将其转换为数字信号。常见的有PCM、DPCM、ADPCM、DM等。l参量编码——是提取语声信号的一些特征参量,对其进行编码。特点:编码速率低,但语声质量要低于波形编码。LPC等声码器属于参量编码。l混合编码——是介于波形编码和参量编码之间的一种编码,即在参量编码的基础上,引入一定的波形编码的特征。子带编码属于混合编码。第二节脉冲编码调制(PCM)一、脉冲编码调制(PCM)通信系统的构成l

2、PCM的概念——它是对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码,以将模拟信号转化为数字信号。lPCM通信系统的构成PCM通信系统由三个部分构成:模/数变换——抽样、量化、编码信道部分——包括传输线路及再生中继器数/模变换——解码、低通二、抽样1、抽样的概念:模拟信号在时间上离散化PAM信号2、低通型信号()的抽样l抽样定理留有一定宽度的防卫带l不满足抽样定理的后果——不满足抽样定理的后果是PAM信号产生折叠噪声,收端就无法用低通滤波器准确地恢复原模拟话音信号。l话音信号的抽样频率为=8000,l抽样信号的频谱:频率成分有原始频带∽,的上、下边带。(排列顺序)3、带通型信号()

3、的抽样l抽样定理[若n次下边带、(n+1)次下边带与原始频带间隔相等——默认]l抽样信号的频谱:频率成分有原始频带∽,的上、下边带。(排列顺序)例1、一模拟信号频谱如下图所示,求其满足抽样定理时的抽样频率,并画出抽样信号的频谱(设)。解:∴此信号为低通型信号满足抽样定理时,应有(一次下边带:-原始频带=12-(2∽6)=6∽10一次上边带:+原始频带=12+(2∽6)=14∽18二次下边带:-原始频带=24-(2∽6)=18∽22二次上边带:+原始频带=24+(2∽6)=26∽30)例2、一模拟信号频谱如下图所示,求其满足抽样定理时的抽样频率,并画出抽样信号的频谱。

4、解:∴此信号为带通型信号满足抽样定理时,应有三、量化量化的概念:PAM信号(样值)在幅度上离散化量化值量化分为均匀量化非均匀量化1、均匀量化[在量化区内(即从一U~十U)均分为N等份]l均匀量化的特点——大小信号的量化间隔相等()l几个要点•量化值的选取•量化误差=量化值一样值(•均匀量化的缺点——在N(或)大小适当时,均匀量化小信号的量化信噪比太小,不满足要求,而大信号的量化信噪比较大,远远满足要求•为了解决这个问题,若仍采用均匀量化,不行。原因:↑→量化误差↓→Δ↓→N↑→↑→编码复杂信道利用率下降解决——采用非均匀量化2、非均匀量化非均匀量化的宗旨——在不增大

5、量化级数N的前提下,利用降低大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信噪比。l非均匀量化的特点——小信号的量化间隔小,大信号的量化间隔大。l实现非均匀量化的方法·模拟压扩法——方框图P24图2.22·直接非均匀编解码法——概念(一般采用)3、量化信噪比(1)定义式:(2)均匀量化信噪比(忽略过载区内的量化噪声功率)曲线例、画出的均匀量化信噪比曲线(忽略过载区内的量化噪声功率)。解:(3)非均匀量化信噪比(忽略过载区内的量化噪声功率)①A律压缩特性oa+ab——A律压缩特性②A律压缩特性的非均匀量化信噪比(信噪比改善量)oa段:ab段:•A的取值与Q的关系:在小信号区域,

6、A愈大,则斜率愈大,Q愈大;在大信号区域,A愈大,则斜率愈小,Q愈小。一般取A=87.6例、画出的A律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线(忽略过载区内的量化噪声功率)。解:(oa段:ab段:)(4)A律13折线压缩特性P28图2.26表2.3各段折线的斜率及信噪比改善量段号12345678斜率161684211/21/4Q(dB)2424181260-6-12四、编码与解码1、二进制码组及编码的基本概念(1)二进制码组一般二进制码循环二进制码(格雷码)特点折叠二进制码l一般二进制码简单易实现各位码(幅度码)有一固定的权值权值:l循环二进制码幅值绝对值相同的样值其幅度码相

7、同编、解码复杂l折叠二进制码幅值绝对值相同的样值其幅度码相同低音量(小信号)时噪声小(2)编码的基本概念•编码的概念——编码是把模拟信号样值变换成对应的二进制码组。•分类线性编码与解码——具有均匀量化特性的编码与解码非线性编码与解码——具有非均匀量化特性的编码与解码(根据A律13折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码,收端再解码。)2、A律13折线的码字安排(采用折叠二进码编码)各量化段的电平范围、起始电平、量化间隔P36表2.4(1)过载电压(2)量化级数N(3)码字安排(段落码与段内码合在一起称为幅度码)极性码段落码段内码(非线性码)(线性码)l段内码对应的

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