DPCM编码的原理资料

ADPCM编码
• ADPCM编码技术能根据接收到的语音信号波形来预测 下一个语音信号，这样它只需编码每一个接收信号中 与之不同的部分，从而减少编码的位长。 • 其编码的过程是这样的： ADPCM 编码器接收到每秒 8000次的语音信号抽样值。每接收到一个语音信号， 它根据语音信号的 PCM 编码按照一定算法得到下次信 号的预测值。最简单的预测方式就是把上次的语音信 号的PCM编码值与上次的预测值进行对比，得到一个 信号的差值，这个差值可以用很少的位长来表示。
DPCM编码的原理
• DPCM采用预测编码的方式传输信号，所谓预测编码就 是根据过去的信号样值来预测下一个信号样值，并仅 把预测值与现实样值的差值加以量化，编码后进行数 字信号传输。在接收端经过和发送端相同的预测操作， 低通滤波器便可恢复出与原始信号相近的波形。 • DPCM是采用固定预测器与固定量化器的差值脉冲调制， 它是分析ADPCM工作原理的基础。
N M
• 重建滤波器为：
H (Z )
i 1
j 1
1 bj Z j 1 ai Z i
i 1 j 1 N
M
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ADPCM编码
• G.711使用A律或μ 律PCM方法对采样率为8kHz的声音数 据进行压缩，压缩后的数据率为64kb/s。为了充分利 用线路资源，而又不明显降低传送话音信号的质量， 就要对它作进一步压缩，方法之一就是采用ADPCM。 • ADPCM综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性， 是一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是：
DPCM 编码的原理－发送端 +
s ( n)
d ( n)
s p ( n)
量化 器
d q ( n)
编码 器
I ( n)
sr ( n )
+
预测 器
s(n)是输入语音信号，sr (n)是重建语音信号，作为预测器确定 下一个信号估计值的输入信号。s p (n)是预测语音信号，d (n) 是预测误差信号，也称为差值信号或余量信号。DPCM系统 实际上就是对这个差值信号进行量化编码，用来补偿过去编码 中产生的量化误差。DPCM系统是一个反馈系统，采用这种结 构可以避免量化误差的积累。d q (n)是量化后的差值信号， I (n)是d q (n)的代码。
CCITT G.721 32kb/s ADPCM
CCITT推荐的G.721ADPCM标准是一个代码转换系统。它使 用ADPCM转换技术，实现64kb/s A律或μ 律PCM速率 和32kb/s速率的ADPCM之间的相互转换。 G.721算法的话音质量接近于A律或μ 律64kb/s PCM的话音 质量，MOS分为4.1，达到网络等级。 采样频率为8KHz，每个样点采用4比特编码。 CCITT G.721 32kb/s ADPCM 主要用来实现对现有的PCM信 道扩容，把2个2048kb/s 30路PCM基群信号转换为 一个2048kb/s 60路ADPCM信号。因此对ADPCM编码 器输出和输入都是采用A律或者μ 律的PCM信号。
G.721 32kb/s ADPCM-编码器
ADPCM输出 PCM码 输入 输入格式 差值信号 转换 c ( n) d (n) sl (n) 计算 重建信号 计算器
i 1 i r
N
DPCM编码的原理－零极点预测 器
• 对于零极点混合预测器：
s p (n) ai sr (n i) b j d q (n j )
i 1 j 1 N M
• 重建信号为：
sr (n) s p (n) d q (n) d q (n) ai sr (n i) b j d q (n j )
i 1
p
• 重建信号：
ˆ(n) ~ ˆ(n) ai x(n i) x(n) e x (n) e
i 1
p
DPCM编码的原理
• 其Z变换形式为：
X ( Z ) 1 1 ai Z i
i 1 p
E (Z ) H (Z ) E (Z )
• H(Z)称为重构滤波器，是一个全极点滤波器。除了全 极点预测器外，DPCM也可以采用全零点预测器或者零 极点预测器。
DPCM编码的原理－全零点预测 器
s(n) +
d ( n)
量化 d q (n) 器
s p (n)
b d
j 1 j
M
q
(n j )
d q ( n)
sr ( n)
s p ( n)
b d
j 1 j
M
q
(n j )
DPCM编码的原理－全零点预测 器
• 对于全零点预测器，预测信号由n时刻之前的M个量化 后的差值信号线性组合得到：
S p ( n) b j d q ( n j )
M
• 重建信号为：
i 1
Sr (n) d q (n) S p (n) d q (n) b j d q (n j )
j 1
M
• 重建滤波器为
H (Z ) 1 b j Z j
j 1 M
DPCM编码的原理－零极点预测 器
DPCM编码的原理－接收端
I ' ( n)
解码 器
( n) dq
+
sp (n)
( n) sr
预测 器
DPCM编码的原理
• 在DPCM系统中，采用线性预测的方法得到预测信号， 可以采用N阶全极点预测器，预测信号由前n时刻之 前的P个重建语音样点线性组合得到。
~ x ai x(n i)
– 利用自适应的思想改变量化阶的大小，即用小的量化阶去编 码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值； – 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。
s ( n) +
s p ( n)
M
d (n)
量化 器
d q ( n)
b d
j 1 j
q
(n j )
a s (n i)
i 1 i r
N
sr ( n)
DPCM编码的原理－零极点预测 器
d q ( n)
s p ( n)
sr ( n)
b j d q (n j )
j 1
M
a s (n i )