语音编码和图像编码的分类及特点

语音编码和图像编码的分类及特点

一、语音编码

一般而言，语音编码分三大类：波形编码、参数编码及混合编码。

<1>、波形编码

波形编码将时域模拟话音的波形信号进过采样、量化和编码形成数字语音信号，是将语音信号作为一般的波形信号来处理，力图使重建的波形保持原语音信号的波形形状。具有适应能力强、合成质量高的优点。但所需编码速率较高，通常在16KB/S以上，并且编码质量随着编码速率的降低显著下降，且占用的较高的带宽。

波形编码又可以分为时域上和频域上的波形编码，频域上有子带编码和自适应变换域编码，时域上PCM、DPCM、ADPCM、APC和∆M增量调制等。

①、子带编码

它首先用一组带通滤波器将输入信号按频谱分开，然后让每路子信号通过各自的自适应PCM编码器（ADPCM）编码，经过分接和解码再复合成原始信号。

特点：1、每个子带独立自适应，可按每个子带的能量调节量化阶；2、可根据各个子带对听觉的作用大小共设计最佳的比特数；3、量化噪声都限制在子带内某一频带的量化噪声串到另一频带中去。

②、自适应变换域编码

利用正交变换将信号有时域变换到另外的一个域，使变换域系数密集化，从而使信号相邻样本间冗余度得到降低。

特点：对变换域系数进行量化编码，可以降低数码率。

③、PCM（Pulse-code modulation），脉冲编码调制

对连续变化的模拟信号进行进行抽样、量化和编码产生。

特点是保真度高，解码速度快，缺点是编码后的数据量大。

④、DPCM(Differential Pulse Code Modulation)差分脉冲编码调制

是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式，是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。

特点：对于有些信号瞬时斜率比较大，很容易引起过载；而且瞬时斜率较大的信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法；传输的比特率要比PCM低；一个典型的缺点就是易受到传输线路上噪声的干扰。

⑤、ADPCM（adaptive differential pulse code modulation），自适应差分脉冲编码调制

是DPCM的扩展，区别在于较DPCM在实现上预测器和量化器会随着相关的参数自适应的变化，达到较好的编码效果。

特点：优点在算法复杂度低，压缩比小，编解码延时最短，压缩/解压缩算法非常的简单,低空间消耗。缺点是声音的质量一般。

⑥、∆M增量调制

只保留每一信号样值与其预测值之差的符号，并用一位二进制数编码的差分脉冲编码调制。

特点：1、电路简单，而脉码调制编码器需要较多逻辑电路；2、数据率低于

40千比特/秒时，话音质量比脉码调制的好；3、抗信道误码性能好，能工作于误码率为10-3的信道，而脉码调制要求信道误码率低于10-5～10-6。

<2>、参数编码

利用人类发声系统的特性来压缩信号，对语音信号的产生赋予特点的声学模型，通过对模型参数的提取和编码，力图使重建的语音信号具有尽可能高的自然度和可懂度。

参数编码主要有两大类：线性预测编码和声码器。线性预测编码包括多脉冲激励LPC、码本激励LPC和矢量和激励LPC编码方式，声码器有四种：信道声码器、共振峰声码器、倒频谱声码器和语音激励声码器。

①、多脉冲激励LPC

激励源一律采用多脉冲序列在给定的一项N个激励样本中，保留M个，其幅度和位置是确定的。使合成语音和原始输入语言之间的感加权误差最小。

特点：MPLPC必须进行量化编码，它传输的内容包括多脉冲激励的脉冲位置和幅度，长时和短时预测器系数，音调周期，MPLPC产生的语音质量和数码率取决于脉冲的数目。一般认为在9.6kbit/s的数码率上，有较高的语音质量。它可以尖用于数字动通信、数字保密通信。

②、码本激励LPC

它是一种用码本作为激励源的编码方式，以N样值为一组，构成一个含N维磁量的码字。若以上码字又组成了一套码本，并且收发端的码本设置是相同的，而传送的是码字序号而不是N维样值序列本身，从而压缩了数据率。

特点：建立码本和搜索码字的运算量很大。

③、矢量和激励LPC

其码本（CODE BOOK）仅含少量n个基本矢量的加减组合，得到2n个码字的码本。是码本激励LPC编码的一种类型。

特点：使得VSELP与CELP相比，大大地降低了运算量，VSELP已成为北美和日本数字蜂窝移动通信系统的话音编码标准。

④、声码器

声码器在发送端对语言信号进行分析，提取出语言信号的特征参量加以编码和加密，以取得和信道的匹配，经信息道传递到接受端，再根据收到的特征参量恢复原始语言波形。分析可在频域中进行，对语言信号作频谱分析，鉴别清浊音，测定浊音基频，进而选取清-浊判断、浊音基频和频谱包络作为特征参量加以传送。分析也可在时域中进行，利用其周期性提取一些参数进行线性预测，或对语言信号作相关分析。根据工作原理，声码器可以分成：通道式声码器、共振峰声码器、图案声码器、线性预测声码器、相关声码器、正交函数声码器。

特点：声码器的明显优点是数码率低，因而适合于窄带、昂贵和劣质信道条件下的数字电话通信，能满足节约频带、节省功率和抗干扰编码的要求。低数码率对话音存储和话音加密处理也都很有利。声码器的缺点是音质不如普通数字电话好，而且工作过程较复杂，造价较高。

<2>、混合编码

是将波形编码和参数编码相结合而得到的，综合了参数编码低比特率与波形编码高语音质量优点。应用最广泛的是LPAS（基于线性预测技术的分析-合成编码方式）

LPAS（基于线性预测技术的分析-合成编码方式）

通过线性预测确定系数参数，并通过闭环和分析-合成方法来确定激励序列。