第5章+语音编码及信道编码ppt课件.ppt

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1、第5章语音编码及信道编码5.1概述5.2参量编码和声码器5.3矢量和激励线性预测编码（VSELP）5.4线性分组码5.5循环码5.6交织编码和卷积码5.7格形码习题5.1概述5.1.1语音编码语音编码的基本方法可分为波形编码和参量编码两种。波形编码是将时域的模拟语音的(电压)波形信号经过取样、量化、编码而形成的数字语音信号。为了保证数字语音信号解码后的高保真度，取样速率应满足奈奎斯特取样定理，并且量化分层数要足够大。在选择各种不同的数字语音编码方案时，应考虑以下一些基本要求：①编码速率要低，语音质量要

2、高；②应有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能；③编译码时延应在几十毫秒以内；④编译码器复杂度要低，便于大规模集成；⑤功耗要小，以便适应手持机。5.1.2信道编码著名的仙农(Shannon)定理为实现有效和可靠的通信奠定了理论基础。该定理指出：在有噪声的信道环境下，只要信源的信息速率不超过信道容量，就可以找到一种编码方法，使信息的传输速率任意地逼近信道容量，而传输的错误概率任意地逼近于零，或者传输的失真度能够任意地逼近给定的要求。这里指出了信道编码在实现有效和可靠的通信方面的重要作用和地位，并从理论上为信道

3、编码的发展指出了努力方向。所谓信道编码，就是按一定的规律给待传送的数字序列{d}增加一些多余的码元，称之为监督码元。使不具有规律性的信息序列{d}变换为具有某种规律性的数字序列{c}，称之为码序列。经变换后得到的码序列的诸码元与多余码元之间是相关的；接收端的译码器则根据这种相关性来检测和纠正传输过程中产生的差错。信道编码的方法有许多种，一般可按下列方式分类：(1)按照信息码元和监督码元之间的约束方式不同，可分为分组码和卷积码。(2)按照信息码元与监督码元之间的关系又可分为线性码和非线性码。(3)按照编

4、码后每个码字的结构可分为系统码和非系统码。(4)按照修正错误的类型不同，可以分为纠正随机错误和纠正突发错误的码。(5)按照码字中每个码元的取值不同，还可分为二进制码和多进制码等。5.2参量编码和声码器5.2.1参量编码的基本原理1.语音信号产生人类的发音器官是一个相当复杂的系统。来自肺部的气流通过气管、喉部、声门进入口腔及鼻腔。口腔形成一个声道，并由舌头、下颌和嘴唇的位置决定其形状。图5-1及图5-2分别示出浊音及清音的频谱。从图中可以看出，浊音的频谱包络有三个峰值处，即共振峰频率。图中的小尖峰点，即

5、基音fp的谐波，能量集中在其附近，相关性较强。清音的频谱包络没有共振峰和小尖峰点存在，时间波形特性没有准周期性。图5-1浊音频谱图5-2清音频谱2.语音发声过程的物理模型根据对发音器官的构造和声音产生的机理的分析，图5-3(a)、(b)、(c)分别示出语音产生过程的机械模型、电路模型以及激励的功率谱和滤波器的频率响应特性。图5-3语音产生过程的机械和电路模型(a)机械模型；(b)电路模型；(c)激励功率谱和滤波器的频率响应图5-3语音产生过程的机械和电路模型(a)机械模型；(b)电路模型；(c)激励功

6、率谱和滤波器的频率响应5.2.2线性预测编码(LPC)线性预测分析法可十分精确地估算语音参数，而且速度快，因而获得了广泛的应用。线性预测是指一个语音的抽样值可用该样值以前若干个语音抽样值的线性组合来逼近。如果使二者的差值的平方和达到最小值，则可以决定惟一的一组预测器的加权系数。图5-4为语音产生模型的简化方框图。图5-4语音产生模型的简化方框图图5-5线性预测器及合成滤波器应用上述线性预测的分析与合成方法的语音编码，称为语音的线性预测编码(LPC)。线性预测编解码器的简化方框图如图5-6所示，图(a)

7、为LPC编码器，图(b)为解码器。图5-6线性预测编码器简化方框图5.2.3规则脉冲激励长期预测LPC编码(RPE-LTP)1.线性预测编码的改进模型上述LPC编解码器能够保证在一定的可懂度条件下，使数码率降低到2.4～4.8kb/s。但也存在如下一些缺点：损失了语音自然度；抗噪声干扰能力差；谱包络的估值可产生很大的失真。产生这些缺点的原因主要是LPC没有将发端的余数(误差)信号送到收端去。图5-7为几种不同激励语音合成模型的简化方框图。图(a)为一般的LPC声码器；(b)为多脉冲激励线性预测编码(M

8、P-LPC)，它使用一个数目有限、幅度和位置可调整的脉冲序列作为激励源；图(c)为码激励线性预测编码(CELP)，它使用一个波形的码矢量作为激励源。图5-7不同激励语音合成模型简化方框图图5-8(b)为合成／分析编码器的工作原理方框图。其中由激励发生器、长时预测、短时预测合成语音，合成语音与原始语音比较得到误差，根据使均方误差最小为最佳的准则，来调整激励和长时及短时预测，并将均方误差为最小时的参数输出。图5-8(a)给出了三种激励源的信号波形：多脉冲激励