第四讲 语音信号数字化及压缩编码.ppt

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1、第8讲语音信号数字化处理与压缩编码1主要内容抽样技术量化技术语音信号波形匹配与线性近似逼近PCM编码原理增量调制原理21.抽样与量化抽样＝时间域量化（时间尺度离散化）量化＝幅度离散化3(1)抽样A.低通抽样一个频带限制　　　在内的连续信号，如果抽样频率大于或等于,则可以由抽样序列无失真地重建恢复原始信号。4设为低通信号，抽样脉冲序列是一个周期性冲激函数。抽样过程是与相乘的过程，即抽样后信号5由频域卷积定理可知其中,为低通信号的频谱，6所以从频域上看，抽样后信号经过传递函数为的理想低通滤波器后，其频谱为7其中从

2、时域上看，重建信号可以表达为8B.带通抽样带通抽样定理告诉我们，对于带通信号，抽样频率应满足下列关系式：其中，的最大正整数。由此可知，必有0≤M<1。9-fH-fLfLfH-fL+kfs-fH+(k+1)fs带通抽样10讨论：1112C.实际抽样C.1自然抽样设抽样脉冲序列，其中是任意形状的脉冲。自然抽样时，抽样过程实际是相乘过程。即实质上为周期性信号，可以展成傅氏级数，13其中为抽样角频率，为抽样间隔。由此得因此，自然抽样后信号的频谱14C.2平顶抽样平顶抽样中，每个抽样脉冲顶部不随信号变化。在实际应用中，

3、平顶抽样是采用抽样保持电路来实现的。平顶抽样可以看成是理想抽样后再经过一个冲激响应为矩形的网络来形成的，15其中:16矩形脉冲的17(2)量化A.量化过程可以表达为这里称为分层电平或判决阈值。通常把称为量化间隔。可采用量化特性曲线描述量化器输出与输入的关系。18量化器主要问题是量化误差通常把量化误差称为量化噪声，量化噪声一般用均方误差来度量。设输入信号的概率分布密度为，则量化噪声19若把积分区域分割成L个量化间隔，则上式写成这是计算量化误差的基本公式。最佳量化器就是在给定输入信号概率密与量化电平数L的条件下，

4、求出一组分层电平值与量化电平值使均方误差为最小值。20B.最佳量化由物理意义：分层电平在量化电平的中点。21物理意义：重建电平在量化间隔的质心。讨论：L>>1时最佳量化电平正好在分层电平的中点。此时，22C.量化噪声23当很小时，可写成积分形式为最大量化电平注：超过（－V，V）时，称为量化过载过载噪声24总量化噪声以上是计算量化噪声的一般公式。252.脉冲编码调制(1)均匀量化这是一种特殊情况，此时各分层间隔L为分层数有此时量化噪声与信号统计特性无关26例1.若量化器输入信号为正弦信号，Am为幅度量化信噪比,

5、为编码位数（二进制）令归一化有效值27则　　用dB来表示时，刚发生过载此时增加1位，增大6dB28例2.实际语音信号语音信号幅度的概率密度可近似地用拉普拉斯分布来表示，即这里，是信号的均方根值。29当D＜0.2时，过载噪声很小，有当信号有效值很大时，过载噪声将起主要作用，于是30电话语音信号的均方值变动范围即语音动态范围可达（40－50）dB，高质量电话（长途电话）的至少应大于25dB以上。如果采用均匀量化，为了满足在40－50dB的范围内的大于25dB的要求，必须采用n=12位的均匀量化器。31(2)非均匀

6、量化对于语音信号而言，采用均匀量化是不合理的，小信号出现概率大，对噪声功率的贡献也大，为了使提高，应当减小小信号时的量化间隔。为此，应采用非均匀量化，小信号时量化“细”，大信号时量化“粗”。即采用“瞬时压扩”的概念，以改善信噪比。32令压缩特性最佳可保证最大的量化信噪比，但可行的动态范围较小，难以满足工程要求。因此，较大的动态范围适应性和稳定的高信噪比输出是工程实现的基础。研究表明：好的压缩函数为对数函数。33注：采用理想的对数压扩函数时量化器输出的信噪比与输入信号无关。从而对系统工程化应用有实质上的指导作用

7、。34(3)对数压缩特性及折线近似在实际工程中不采用上述理想对数特性，而是采用以下两种对数压缩特性。a.A律对数压缩特性35相当于信噪比增加了24dB（20lg16=24）。ITUG.712建议中取A＝87.6，此时36b.律对数压缩特性ITUG.712建议中取＝255，小信号时改善33.5dB。37上述两种特性仍难以实现，因而实际中采用折线近似。折线近似，用数字电路容易实现。A律与律量化特性起始段不同我国采用A律。384PCM编码原理A.ITU建议采用折叠二进码FBC（FoldedBinaryCode）与其

8、它码相比，在小电平时，抗误码性能好。若采用普通二进码，信号为均匀分布，可计算得到有误码时的量化信噪比39其中由上式得　时，下降3dB。40B.FoldedBinaryCode编码规律41A律42以＋1250为例编码步骤如下①＋1250＞0M1＝1决定极性码②＋1250＞256M2＝1③＋1250＞1024M3＝1决定段落码④1250＜2048M4＝043⑤1024＋512＞1250M5＝0⑥1024