数字通信原理课件第二章.ppt

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1、第2章语音信号波形编码第一节语音信号波形编码第二节脉冲编码调制——PCM第三节差值脉冲编码调制——DPCM2.1语音信号波形编码现以一个简单的语音信号的脉冲编码调制(PCM)的编码、解码过程说明语音信号编码的概念，如图2.1所示。2.1.1语音信号波形编码的概念图2.1PCM编解码框图图中的A/D变换包含三个部分：抽样、量化和编码。(1)抽样抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程。(2)量化量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程。(3)编码编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。D/A变换包括两部分：

2、译码、低通。译码以后的信号频谱中除含有原始信号信息成分外，在高频段还有基带频谱拓展的高频分量必须通过低通滤波器将其去掉。语声信号的编码可划分为三大类型：（1）波形编码对信号波形进行的编码，前述PCM方式即为波形编码的一种。2.1.2语音信号编码的分类（2）参量编码提取语音信号的一些特征参量，对其进行编码。（3）混合编码介于波形编码与参量编码之间的一种编码，即在参量编码的基础上，引入了一定的波形编码的特征，以达到改善自然度的目的。2.2脉冲编码调制——PCM预备知识：一、语音信号的统计特性1.语音的幅度概率密度语音信号

3、进行幅度概率密度统计，是根据语音波形在长时间范围内对其幅度进行大量的抽样得到的结果。下面介绍三种分布函数。（1）伽玛分布设，u为信号的瞬时电压，ue为u的均方根值，则标称化的分布函数为：式中，K为常数，通常K=0.866。（1）（2）拉普拉斯分布拉普拉斯分布函数：（2）式中，a为常数，通常。。当变量为u时，（3）（3）高斯分布设，u为信号的瞬时电压，ue为u的均方根值，则标称化的分布函数为：（4）2.语音信号的功率谱密度dB-30-40-8062.5250500Hz测量方法：将语音信号同时加到一组并联的BPF的输入端

4、，测出各个输出端的平均值，即可画出功率谱密度特性曲线。3.语音信号的动态范围语音信号的动态范围定义为：（5）式中，Pmax，Pmin分别是语音信号的最大、最小功率。二、衡量语音质量的宏观感知特性可懂度评定的方法是：一个人在发话端发出一系列有意义的句子，在收话端由几个人共同收听，最后计算出他们听懂句子与原句数的百分比。这个百分比称为句子的可懂度，简称可懂度。2.清晰度发话端发出一些孤立的单音字，在收话端由几个人收听并记录下来，然后计算出正确收听到的单字与原单字数的百分比，一般称之为单字清晰度，简称清晰度。3.自然度把语

5、音经过通信系统传到对方并转换成语音信号后，在收话端由几个人收听其与原来所发的语音在音色上的相似程度，或由收听者来判断发话人是谁来衡量。通常，利用四级评分法（最好、较好、较差、最差）来区别优劣程度。此评分法称为自然度。图2.2PCM系统中的信号处理过程2.2.1PCM的概念抽样：首先把模拟信号用时间域上离散时间点的振幅值表示，即用样值来表示。量化：把连续取值的样值用离散的幅度值来近似表示。编码：最后再把离散的幅度值变换为二进制数字代码信号。模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将时间上连续的信号处理成

6、时间上离散的信号，这一过程称之为抽样。1.抽样定义及实现抽样的电路模型连续信号在时间上离散化的抽样过程如图2.3所示。2.2.2抽样图2.3连续信号抽样示意图图2.4抽样器及抽样波形示意图2.5相乘器抽样模型图2.6开关函数设时间连续信号f(t)，其最高截止频率为fM。如果用时间间隔为TS≤1/2fM的开关信号对f(t)进行抽样，则f(t)就可被样值信号fS(t)=f(nTS)来唯一地表示。或者说，要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样频率应选为fS≥2fM。这就是著名的奈奎斯特抽样定理，简称抽样定理。2.

7、抽样定理一、定理(1)低通型信号抽样二、定理证明低通信号：低端频率从0或某一低限频率f0到某一高限频率fM的带限信号，并且f0

8、信号瞬时样值来完全描述。②对于频谱分量低于fM的有限能量信号，可以从抽样速率大于或等于2fM的该信号瞬时样值序列中完全地恢复，即抽样频率应为fS≥2fM。图2.10带通型信号示意(2)带通型信号抽样带通信号：频率从f0到fM，当f0>B时，称为带通型信号。f0fMfG(f)图2.11带通型信号样值序列的频谱4B3B2BB0B2B3B4B5B