基于ADPCM、CELP和VSELP的语音编码算法分析

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1、基于ADPCM、CELP和VSELP的语音编码算法分析包永平刘作学（装备指挥技术学院3380信箱172号北京101416）摘要：通过对ADPCM.CELP和VSELP三种典型语音编码算法的介绍分折，阐述了当前语音编码算法的重点，并对三种算法在的效果进行了MATLAB仿真，最后对语音编码算法的发展方向进行了说明.关键词:语音编码ADPCMCELPVSELPf、弓［言Hi在过去的十几年里，语音编码技术有了一个突飞猛进的发展，以至于人们在一段时间内认为语音编码技术已经到了尽头。但是最近几年随着3G移动通信发展，对语音编码技术提出了更高的要求，

2、寻找低速率、高质量的新算法现成为当前人们研究的热点*在移动通信系统中，电信服务商总是试图用分配给自己的有限带宽，满足更多用户的多样需求。基于此，电信设备制造商和服务商总是试图寻找低速率、高质量的编码算法，以更好的提高语音通信质量，提高语音通信速率，这成为语音编码算法发展的重要动力之一。语音编码算法的目的是用最小的信道容量传输最多的语音信息。一般来说，语音信息的多少和信道容量占用的大小，是一对矛盾，是相互制约的。语音编码算法研究就是试图协调好两者的关系，在保证编码效率的同时，尽量降低算法的复杂度。算法越复杂，语音信号处理的时延和实现设备的

3、代价就越多0语音编码器在语音信号的压缩编码实现上有很大差异。从这个角度看，ADPCM属于波形编码器，而CELP/VSELP则属于混合编码器（Abs编码器）。波形编码器从本质上讲是试图尽可能好的恢复出语音信号的时域波形，这一类编码器在宽域信号和噪音环境中，有很好的健壮性，而且复杂度很低，这类编码器在传输比特速率的实现上比较经济•Edin混合编译器是一种最新、最有效的语音编码调制器之一。这一类编码器利用了绝大多数的语音信号信息，用于提高传输质量、降低传输比特率。另外，这种编译码器使用的芦道线性预测滤波器模型与线性预测编码（linearpre

4、dictivecoding,LPC）使用的模型相同，不使用两个状态（有声/无声）的模型来寻找滤波器的输入激励信号，而是企图寻找这样一种激励信号，使用这种信号激励产生的波形尽可能接近于原始话音的波形。目前，对于语音编码算法的研究,主要集中在混合编码器中间。本文首先分析ADPCM、CELP、VSELP三种主流的语音编译码算法的基本原理，然后用MATLAB对三种算法进行的效果进行了仿真，最后对语音编码算法的发展做了预测和总结。二、三种语音编码算法基本原理2.1自适应差分脉冲编码（ADPCM）ADPCM（adaptivedifferencepu

5、lsecodemodulation）综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，進一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是；①利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶（step-size）去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值，②使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。接收端的译码器使用与发送端相同的算法，利用传送来的信号来确定量化器和逆量化器中的量化阶大小，并且用它来预测下一个接收信号的预测值。2.2码激励线性预测编码（CELP）中、低速率语音编码器的研究成果已经应用

6、到了移动广播通信中。码激励线性预测编码是低速率编码方式中最有效的方式之一。CELP编码方式由Schroeder和Atal在1980s时提出。和中速率语音编码器相比「其可以产生更低速率的码字，它是波形编码和音源编码器的结合的产物，将两者的有点结合了起来口CELP对于窄带和中带语音编码系统（416kbps）说，是一种有效的闭环分析一和成编码方法。CELP采取分帧技术进行编码，帧长一般为20〜30ms,每一语音帧再被分成2〜5个子帧’在每个子帧内搜索最佳的码字矢量（简称码矢量）作为激励信号。iv-lMl模拟话音信号（带宽为300〜3400Hz

7、）经8kHz采样后，首先进行线性预测（LP）分析,去除语音的相关性，将语音信号表示为线性预测滤波器系数，并由此构成编译码器中的合成滤波器。CELP在LP声码器的基础上,引进一定的波形准则，采用了合成分析和感觉加权矢量量化（YQ）技术，通过合成分析的搜索过程搜索到最佳矢量。码本中存储的每一个码矢量都可以代替LP余量逼近语音的长时周期性（基音Pitch）结构;用一个固定的随机码本中的矢量来逼近语音的经过短时、长时预测后的余量信号作为可能的激励信号源。激励由两部分码本组成，分别模拟浊音和清音。CELP—般用一个自适应码本中的码矢量。CELP编

8、码算法将预测误差看作纠错信号，将残余分成矢量，然后通过两个码本搜寻来找出最接近匹配的码矢量，乘以各自的最佳增益后相加，代替LP余量信号作为CELP激励信号源来纠正线性预测模型中的不精确度.2.3矢量和激励线