第四章移动通信中的信源编码

第四章 移动通信中的信源编码
语音编码概述
3.2 参量编码
此类编码方案实现了低速率，提高了系统容量，但牺牲 了语音质量，其自然度较低，有时不能分辨讲话人是谁。
参量编码分为线性预测编码和声码器两类 线性预测编码是最流行的语音编码技术声码器对语音波形 进行频谱分析，取出表示声道谐振特性的频谱包络信息；有 语音时将信源模拟成相当于声带振动的周期性脉冲序列；无 语音时把信源模拟成随机噪声，并以较少的信息来传输。 声码器分为谱带式、共振峰式、到频谱式和语音激励式。
客观评价方法是用客观测量的手段来评价语音编码的质量，常 用方法有信噪比，加权信噪比等，都是建立在度量均匀误差的基 础上，其特点是计算简单，但不能完全反应人对语音质量的感觉。 此评价方法适用于速率高于16Kbit/s的编码方案。
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语音编码概述
主观评价方法更加注重人类听话时对语音质量的感觉，是实际 应用的具体表现，在语音评价领域应用广泛。
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语音编码概述
1.2 自相关函数（ACF）
相邻的语音信号采样值之间有很大的相关性，即每一个 抽样值在很大程度上可以从以前的抽样值中预测，且仅有很 小的随机误差，差分编码及预测编码都是从该特性为基础的。 信号采样值之间的自相关函数是衡量相关性的表达形式。
C(k)
1
n k 1
移动通信系统中的语音编码均为混合编码方式。
质量等级 优 良
中 差 劣
分数 5 4
3 2 1
收听注意力等级 可完全放松，不需要注意力 需要注意，但不需要明显集中注意力
中等程度的注意力 需要集中注意力 即使努力去听，也很难听懂
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语音编码概述
3.语音编码分类
语音编码分类方法不同，也就有不同的编码方式。
按照编码速率来分，有 低速率编码器：低于4.8kbit/s 中速率编码器：4.8kbit/s~32kbit/s 高速率编码器：高于32kbit/s
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语音编码概述
1.语音信号的特性
语音信号是人通话中产生的信号，具有与其他信号 不同的特征，这些特征对于设计语音编码有一定的参考 作用，最常用的有：
语音信号幅度非均匀概率分布； 连续语音抽样信号之间的非零自相关性； 语音频谱的非平坦特性； 语音中清音和浊音成分存在； 语音信号的类同期性； 语音信号是带限信号。
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语音编码概述 语音编码原理 移动通信中的语音编码 移动通信中的图像视频编码概述 移动通信中的图像视频编码基本原理
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语音编码概述
语音编码主要是利用语音的统计特性，解除语音的统计关联， 压缩码率，提高通信系统的有效性。移动通信的具体要求：
编码速率要适合在移动信道内传输，应低于16kbit/s 编解码总时延不能超过65ms 算法复杂程度要适中，易于大规模电路集成且功耗要低 话音质量要高，复原话音后保真度要高
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通信的任务是传递信息，传输信息的有效性和可靠性 是通信系统最主要的质量指标。
有效性是指在给定的信道内能传输的信息内容的多少 可靠性是指接收信息的准确程度 两者是相互矛盾且相互联系的，也是可以互换的。
有效性通常利用信源编码来实现 可靠性通常利用信道编码来实现 在移动通信系统中，从第二代数字式移动通信系统 开始，就应用了信源编码技术，但主要是语音编码； 而第三代移动通信系统中除话音业务外，还有数据 和图像业务，因此信源编码也有图像和视频编码的 内容。
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语音编码概述
1.1 概率密度函数（PDF）
一般地，语音信号的概率密度函数在低幅度处呈现高值， 在高幅度处呈现低值，在两个极值处呈单调递减。对于短时 语音的概率密度函数通常近似地认为是高斯分布的单峰函数； 而长时间的概率密度函数近似表达式为双边指数函数。
p(x)
1 exp(
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3.3 混合编码
混合编码是吸取波形编码和参量编码的优点，以参量编 码为基础并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础 上适当改善自然度目的的编码方法，其码率介于上述两类编 码之间。
波形编码质量最高，可适用于共用骨干（固定）通信网； 参量编码质量最差，不能用于骨干通信网，而仅适用于 特殊通信系统，如军事与保密通信系统； 混合编码质量介于两者之间，主要用于移动通信网。
如果按照编码对象来分，有波形编码和参量编码，以及混 合编码方式。
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语音编码概述
3.1 波形编码
波形编码是基本的语音编码方式，是最早提出并实现的编 码技术。 对波形进行编码，使波形保持不失真； 在设计时波形与具体的信源相分离； 可针对各种各样的信号实现编码。 波形编码包括时域与频域两大类，最常用的时域编码是 PCM编码。
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功率谱密度的非均匀特性用频谱平坦测试（SFM）
参数来描述，SFM定义为PSD在频域轴上均匀间隔抽
样点的算术平均值与几何平均值的比值，数学表达式
为：
SFM
1
N
N
N
Sk 2
k 1
Sk
2
1/
N
k 1
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语音编码概述
2.语音评价
在语音编码技术中，对语音质量的评价是一个很重 要的问题。同样，对语音编码质量的评价方法也是该领 域的一个重要研究方向。
x(n) x( n
k
)
N n0
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语音编码概述
1.3 功率谱密度（PSD）
语音信号的功率谱密度具有非平坦特性，是非零自相 关函数在频域中的典型表现。典型语音信号长期平均后，高 频部分对整个语音能量作用很小，尽管也携带了语音信息， 但是可以在编码时针对高、低频分别编码，从而能够明显地 压缩信号，得到最大的编码增益。
2 x
2 x /x)
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其中 为语音信号幅度， x为幅度的标准偏差。 =0时PDF有一个明显的峰值，这是由ຫໍສະໝຸດ Baidu语音信号经常性 的出现暂停及大量低频语音成分的原因。
为了保证输入信号的PDF与量化电平分布相匹配，采用 非均匀量化（包括矢量量化）方法，在高概率分布的地方 ，安排更多的量化电平，而在低概率的地方，安排较少的 电平。