最新[工学]5第三讲语音信号数字化及压缩编码教学讲义ppt课件
多媒体技术基础第3讲话音编码PPT课件
2020年7月28日
第3讲 话音编码
13 of 4163
3.2 话音编译码器
这种声码器的数据率在2.4kb/s左右，产 生的语音虽然可以听懂，但其质量远远 低于自然话音。增加数据率对提高合成 话音的质量无济于事，这是因为受到话 音生成模型的限制。尽管它的音质比较 低，但它的保密性能好，因此这种编译 码器一直用在军事上。
第3讲话音编码
qz@
2010年3月
1
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总体概述
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2
随着数字电话和数据通信容量日益增长 的迫切要求，而又不希望明显降低传送 话音信号的质量。
➢ 除了提高通信带宽之外， ➢ 对话音信号进行压缩是提高通信容量的重要
声码器(vocoder)：针对话音的音源编译码器。
在话音生成模型中，声道被等效成一个随时间变化的 滤波器，叫做时变滤波器(time-varying filter)，它由白 噪声(无声话音段)激励，或者由脉冲串(有声话音段)激 励。需要传送给解码器的信息就是滤波器的规格、发 声或者不发声的标志和有声话音的音节周期，并且每 隔10～20ms更新一次。声码器的模型参数既可使用时 域的方法也可以使用频域的方法确定，这项任务由编 码器完成。
声道也被认为是一个滤波器，有许多共振峰，其频率 受随时间变化的声道形状所控制，例如舌的移动就会 改变声道的形状。许多话音编码器用一个短期滤波器 (short term filter)来模拟声道。但由于声道形状的变化 比较慢，模拟滤波器的传递函数的修改不需要那么频 繁，典型值在20ms左右。
2020年7月28日
语音编码、信道编码及交织PPT课件
面临挑战及应对策略
算法复杂度与实时性
高性能的编码和交织算法往往具有较高的复杂度，难以满 足实时性要求。应对策略包括优化算法设计、采用高性能 计算平台等。
多场景适应性
不同的应用场景对语音编码、信道编码及交织技术的需求 各异。需要研究跨场景的适应性技术，以满足多样化需求。
个性化语音合成
基于深度学习技术，实现个性化语音合成，使合成语音更加自然、 逼真。
多模态语音互
结合视觉、听觉等多模态信息，提高语音交互的自然性和准确性。
新型信道编码技术探索
01
极化码（Polar Codes）
一种新型信道编码技术，具有优异的性能，被认为是未来5G/6G通信的
关键技术之一。
02
LDPC码（低密度奇偶校验码）
客观评价
客观评价是通过计算原始语音和合成语音之间的误差来评判语音质量的好坏。 常用的客观评价指标有信噪比（SNR）、分段信噪比（SegSNR）、对数似然 比（LLR）和感知语音质量评估（PESQ）等。
02 信道编码原理及关键技术
信道模型与传输特性分析
信道模型
描述信道输入与输出之间关系的 数学模型，包括加性噪声信道、 乘性噪声信道等。
语音信号的频域特性
语音信号的统计特性
语音信号具有短时平稳性，即在短时 间内（10~30ms）可以认为语音信号 是平稳的，这使得我们可以对语音信 号进行短时分析。
语音信号的频谱分布主要集中在 300Hz~3400Hz的范围内，不同音素 和音节的频谱具有不同的特征。
语音编码分类及发展历程
波形编码
参数编码
混合编码
混合编码同时使用两种或两种以上的 编码方法进行编码。这种编码器设计 的目的和出发点是在4.8kbit/s速率上 能够得到高质量的合成语音。
第三章 数字音频压缩编码技术及标准精品PPT课件
3.7 MPEG-2音频压缩编码标准
3.8 MPEG-4音频压缩编码标准
合成音频编码
合成/自然音频混合编码
MPEG4 HE-AAC(aacPlus)
EAAC+
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
为了降低传输或存储的费用
频域冗余
听觉冗余
3.3 语音编码技术及标准
3.3.1 语音编码器的性能指标
客观评定方法
3.3.1 语音编码器的性能指标
3.3.1 语音编码器的性能指标
3.3.1 语音编码器的性能指标
3.4 感知音频编码的基本原理
响度
响度
响度
响度
响度
响度
音调
音色
3.5 MPEG-1 音频压缩算法
3.5.1 MPEG-1 音频压缩算法的特 点
3.5.2 MPEG-1 音频压缩编码的基本 原理
3.5.3 MP3 pro
3.6 杜比AC-3音频压缩算法
3.7 MPEG-2音频压缩编码标准
第三章
数字音频压缩编码 技术及标准
窄带语音
窄带语音，又称电话频带语音,信号频带为 300-3400HZ,用于各类电话通信.数字化时采 样频率采用8KHZ,每个样值8b量化,数据传输 率为64bps.
宽带语音
数字音频广播（DAB）信号
高保真立体声音音频信号
数字音频信号进行压缩编码的必要性
谢谢大家
荣幸这一路，与你பைடு நூலகம்行
数字音频原理及应用教学课件ppt作者卢官明第3章数字音频压缩编码
1第3章数字音频压缩编码⏹3.1 数字音频编码概述⏹3.2 常用数字音频编码技术⏹3.3 MPEG-1音频编码标准⏹3.4 MPEG-2 音频编码标准⏹3.5 MPEG-4 音频编码标准⏹3.6 Enhanced aacPlus编码技术⏹3.7 中国制定的音频编码标准⏹3.8 新一代环绕多声道音频编码格式本章学习目标⏹熟悉数字音频压缩编码的机理。
⏹了解音频编解码器的性能指标和重建音频质量的评价方法。
⏹熟悉数字音频编码的基本方法及分类。
⏹掌握感知音频编码的基本原理，理解子带编码的基本思想。
⏹重点掌握MPEG-1、MPEG-2 AAC的音频编解码原理。
⏹了解AVS音频立体声编解码的原理和DRA多声道数字音频编解码的原理。
⏹了解新一代环绕多声道音频编码格式。
3.1 数字音频编码概述⏹3.1.1 音频信号的分类⏹3.1.2 数字音频压缩编码的机理⏹3.1.3 音频编解码器的性能指标⏹3.1.4 数字音频编码技术的分类⏹3.1.5 数字音频编码标准概述音150Hz ～ 10 000Hz 音200Hz ～ 3 400HzM )50Hz ～ 7 000HzM )20Hz ～ 15 000Hz响10Hz ～ 20 000Hz 音100Hz ～ 9 000Hz 声音的质量与它所占用的频带宽度有关。
3.1.2■数字音频压缩的必要性3.1.2 数字音频压缩编码的机理⏹从信息保持的角度讲,只有当信源本身具有冗余度,才能对其进行压缩。
⏹信号一部分可由另一部分重建或可用另外表达形式简单说明，称为信号有冗余。
⏹音频信号存在着多种形式的冗余。
⏹时域冗余⏹频域冗余⏹听觉冗余⏹去除冗余实现压缩编码。
音频信号的时域冗余⏹幅度分布的非均匀性⏹小幅度样本出现的频率高⏹样值之间的相关性⏹当采样频率为 8kHz 时，相邻样本间的相关系数大于 0.85；⏹周期之间的相关性⏹在特定瞬间，某段声音往往只是总频带 300~3400Hz 的少数几个频率分量在起作用→象某些振荡波一样，在周期与周期之间存在一定的相关性⏹基音之间的相关性⏹男声基音周期为 5~20ms，而典型的浊音持续 100ms⏹静止系数（话音间隙）⏹全双工话路的典型效率约为 40%（静止系数为 0.6）⏹长时自相关性⏹如几十秒内的相关性例: 语音信号的时域冗余‘1’‘2’一个单音 ‘1’基音周期(音调周期)音频信号的频域冗余从频域考察音频信号的功率谱密度：⏹非均匀的长时间功率谱密度⏹长时间功率谱呈现强烈的非平坦性，高频能量较低→时域上相邻样本相关。
语音信号处理PPT课件
F2 F3
a 10
频率范围(Hz)
成年男子
成年女子
带宽
F1
200～800
250～1000
40～70
F2
600～2800
700～3300
50～90
F3
1300～3400
1500～4000
60～180
一般地：语音识别，取前3个共振峰，而对 语音合成，需取5个
a
11
2.3 语音信号的特性
2.3.1 语言和语音的基本特性
[x(n)x(n-k)]*h (n) 计算自m 相 关 ，先乘后加，运算hk量(n)大=w！(n)w(n+k)
R n ( k ) R n ( k ) m x ( m ) x ( am kk ) [ w hk( (n n -mm )) w ( n m k ) ]
36
3.5.2 修正的短时自相关函数 1、存在的问题 随kk=的0变化，参加运算的项减少。极限k=N-1时无运算k项=！250 2、修正的短时自相关函数
当w1,w2为直角窗时
(0≤k≤K)
^
N1
Rn(k)x(nm )xa(nmk)
m0
37
3.5.3 短时平均幅度差函数
问题的提出：自相关计算量大，大在乘法！ 短时平均幅度差函数(AMDF)定义：
F n (k ) R 1 m |x (n m )w 1 (m ) x (n m k )w 2 (m k )|
式中R为x(n)的平均值 w1、w2同修正的自相关函数中的定义 对于浊音信号，在周期倍数点上，幅值相等，Fn＝0
a 38
第三章小结
• 采样与反混叠 • 短时分析方法、窗口与长度选择 • 短时能量定义 • 短时过零分析 • 短时相关分析与修正 • 短时平均幅度分析(AMDF)
【精编】语音编码技术.PPT课件
想一 想
水循环会对地理环境产生什么影响？
5.水循环的地理意义
a.维持全球水量平衡，使陆地淡水资源得到补充、更新和再生
b. 联系四大圈层（水圈、大气圈、生物圈和岩石圈）， 进行物质迁移和能量交换。
c.影响全球气候和生 态，雕塑地表形态。
想一 想
水循环的意义
维护了全球水量平衡 ----- 水量平衡器 使淡水资源不断更新 -----天然淡水制造厂 调节全球热量平衡 ------大自然的空调 塑造着地表形态 ------ 地形雕塑师
复语音的短时频包络。
202在1/7/31发端引入合成装置，合成/分析法
26
4.2.5 自适应多速率语音编码（AMR）
为什么研究AMR编码?
WCDMA将支持多媒体业务,并支持电路交换、分 组交换方式
移动信道的变化，系统不能工作在最佳的信源和信 道编码速率。如GSM，固定速率编码
信道质量差时，信道编码不足以纠正传输错误，此时应改进信道编码， 减小信源编码，提高语音质量
2021/7/31
10
语音编码的发展
极低速率语音编码，600bps 高保真语音编码 自适应多速率语音编码 新的编码分析技术：
非线性预测 多精度时频分析技术（子波分析技术） 高阶统计分析技术
2021/7/31
11
6.2 语音波形编码
6.2.1 语音波形编码概述
人的语音频带范围为300～3400Hz（一般为0～3400Hz）。 波形编码是直接在时间域上将模拟的语音信号变换为数字 信号。图6.2示出了语音波形数字编码的原理框图。陆地水：约占 Nhomakorabea.5%;
第四节：水循环和洋流
蒸发 我叫小水水汽滴，住在大海里，喜欢到处旅行。这天，我和 伙伴们输正送在海面嬉戏。在阳光的照耀下，不知不觉的身体
《数字通信》-第3章-语音信号压缩编码-2
《数字通信》第3章语音信号压缩编码(2)复习⏹语音压缩编码研究的基本问题是什么？⏹能够进行语音信号压缩的依据是什么？⏹DPCM的工作原理是什么？⏹与DPCM相比，ADPCM增加了什么辅助措施？⏹子带编码的工作原理是什么？复习⏹语音压缩编码⏹所有码速率低于PCM编码比特率64kbit/s的语音编码技术。
⏹研究的基本问题是如何尽可能降低语音编码所需要的比特率。
⏹能够进行语音信号压缩的依据：⏹语音信号在（1）时域、（2）频域和（3）人类听觉感知域存在多种多样的冗余。
⏹语音编码分类：⏹包括（1）波形编码、（2）参量编码和（3）混合编码。
⏹语音质量评价：⏹一般采用平均意见分MOS复习⏹DPCM⏹对差值序列进行量化编码的方法，传输的编码为样值与预测值之差⏹预测值为历史样值的线性和：⏹ADPCM：⏹为了进一步提高DPCM方式的质量，需要采取一些辅助措施，即自适应处理。
⏹包括两方面：（1）自适应量化;（2）自适应预测。
1()()Nsi s s i S nT W S nT iT ==-∑内容1.同学PPT演示2.参量编码3.混合编码4.低速率语音压缩编码的应用1.同学PPT演示2.参量编码参量编码基本原理：⏹根据对语音形成机理的分析，着眼于构造语音生成模型（对应为具有一定零极点分布的数字滤波器）⏹发送的信息：语音生成模型的参数⏹特点：⏹编码比特率较低⏹语音质量相对较差语音形成机理：⏹音素分为两类：⏹伴有声带振动的音称为浊音⏹声带不振动的音称为清音⏹浊音⏹又称有声音。
语声发声时声带在气流的作用下激励起的准周期声波⏹基音频率范围内：50-250Hz⏹能量集中在基音和基音的多次谐波频率附近⏹清音⏹又称无声音。
声带不振动，而是由气流引起的湍流。
⏹没有周期性⏹能量集中在比浊音更高的频率范围内浊音声压波形和频谱：周期性共振峰频率清音声压波形和频谱：非周期性语音信号产生模型：周期性信号：浊音激励源随机性型号：清音激励源Ｇ：增益控制线性预测编码（LPC）基本概念（1）：基础：（1）语音信号具有慢变化特征：对大多数语音来说可以认为其激励源和声道的特性在10-20ms内保持不变（2）线性预测分析：用过去若干个语音抽样的线性组合来逼近当前语音抽样（3）系数确定原则：在给定的时间内，使e(n)的平方和最小100()()()()()(), 1ppre i i ppre i i x n a x n i e n x n x n a x n i a ==⎧=--⎪⎪⎨⎪=-=-=⎪⎩∑∑线性预测编码（LPC）基本概念（2）：⏹与ADPCM区别：⏹ADPCM传输预测残差，LPC传输预测系数⏹ADPCM关注每个样值的绝对一致性，LPC关注每个短时内的主观一致性⏹ADPCM传输每一个采样值的预测残差，LPC传输整个帧的预测系数参量编码的声码器：⏹线性预测编码声码器：⏹语音分为两大类：浊音和清音⏹浊音模型：准周期脉冲序列⏹清音模型：白色随机噪声激励⏹开环方式⏹传输参数：（共15个参量）（1）清/浊音判决u/v（2）基音周期TP（3）增益G（4）声道模型参数{ a} ---12个i线性预测编码声码器：线性预测编码（LPC）实现方框图⏹通道声码器：⏹带通滤波器组对输入信号进行滤波⏹对每个滤波器，输出1个幅度谱均值，一组数据就反应了信号频谱的包络⏹发送信号：频谱包络数据、清浊音判决和基音周期⏹接收端：通过清浊音判决和基音周期提供声门激励信号，并用频谱包络信号对其进行调制，经带通滤波器输出后叠加在一起就合成为输出语音信号⏹缺点：（1）需要进行基音检测和清浊音判决，而精确求出这两组数据非常困难，且其误差对合成语音质量影响较大（2）通道数有限导致可能多个谐波分量会落入同一个通道，在合成时它们被赋予相同的幅值，结果会导致合成信号的频谱畸变⏹共振峰声码器：⏹共振峰（formant）：声音在经过共振腔时，受到腔体的滤波作用，使得频域中不同频率的能量重新分配，一部分因为共振腔的共振作用得到强化，另一部分则受到衰减，得到强化的那些频率在时频分析的语图上表现为浓重的黑色条纹。
第三章语音信号的压缩编码PPT课件
R(N
1)R(N
2)...R(0)
a1opt a2opt ... aNopt
opt Rss1rss
R(1)
a1opt
其中rss
R(2)
. .
,Rss
R(N)
R(0)R(1)...R(N1)
.R..(.1)R...(.0..)...R (..N......2...),aopt R(N1)R(N2)...R(0)
2.自适应预测 1)前向自适应预测算法
根据短时间的相关特性R(i),求短时的最佳预 测系数
特点:运算量大，延迟时间大，不能用于高 速系统。
2）后向序贯自适应预测算法
采用不断修正预测系数{hi(n)}的方法来减小瞬时平方
2
差E[d(n)],使{hi(n)}逐步的接近{hiopt(n)}.
①LMS算法（最小均方算法）
b:以有效的方式将可用比特分配给语音信 号
对消除冗余后的信号,从自适应角度 进行最佳编码
1.1预测的自适应
1.预测器的结构
(1).极点预测器 (用重建信号x(n)进行的预测）
a:极点预测器的ＤＰＣＭ方框图
X(n)
d(n)
+
X(n)
量化器
d(n)
编码
P（Z）
预测器
X（n）
+ X(n)
b:预测器传递函数P(z)
值 S~nTS 与真正的样值 SnTS 并不相同。
差值脉冲编码就是对真正的样值 SnTS 与过
去的样值为基础得到的估值 S~nTS 之
间的差值进行量化和编码。
3、DPCM系统模型框图
量化器
预测器
预测器
２２ 下张
图中：x(n)为抽样信号的实际值
《语音压缩编码》课件
语音识别系统
通过识别语音信号转换成文 本等形式，需要高保真的语 音编码技术进行前置处理。
人机交互系统
通过通过语音查询、控制等 实现与计算机的快速交互， 需要对语音信号进行实时压 缩和解码。
结论
1 语音信号压缩编码是必要的，并需要根据应用场景选择合适的编码标准。 2 码率、信噪比和时延是综合评价语音编码效果的重要指标，需要综合考虑。
语音信号的时间相关性
相邻样本之间存在时间相关 性，连续的语音信号形成音 节和语调等。
语音信号的压缩编码方法
线性编码(LPC)
基于线性预测理论， 通过线性分析和合成 方法压缩语音信号。
算术码
将原始语音信号映射 到符号集合中，并给 每个符号分配一个码 字。
预测编码
通过矢量量化等方法 对语音信号进行预测 和压缩。
8kHz 16位[CS-ACELP]，在保证高质量的同时大幅 节省带宽。
语音编码的评价指标
码率
描述每秒传输的比特数，也是 压缩质量和时延的重要指标。
信噪比
衡量语音信号经过压缩编码后 与原始信号的一致性。
时延
描述信号经过编码后的延迟程 度，对于双向通信系统尤为重 要。
应用案例
通讯系统
通过语音通话实现远程交流， 需要合适的压缩编码技术保 证通话质量。
语音压缩编码
本次课程将为大家介绍语音压缩编码的基本原理、方法和应用，并着重介绍 不同编码标准的应用场景和评价指标。
概述
1 什么是语音压缩编码? 2 为什么需要语音压缩 3 语音压缩编码的基本
语音压缩编码是将模拟语
编码?
原理
音信号数字化后，根据人
压缩后的语音信号便于传
基于声学原理和信息理论，
[工学]5第三讲语音信号数字化及压缩编码
![[工学]5第三讲语音信号数字化及压缩编码](https://img.taocdn.com/s3/m/d672507ecdbff121dd36a32d7375a417876fc17e.png)
N
E[d 2 ] E[(S (k) Se (k))2 ] E[(S (k) aiS (k i))2 ] i 1
最佳预测系数应满足E[d 2 ]＝0 ai
a1opt
R(0) R(1)
由此可得aiopt＝.a2opt
aNopt
Rss1rss
R(1) R( N
R(0) 1)
R(N 1) 1 R(1)
行最佳编码
自适应的方法
❖ 自适应量化 ❖ 自适应预测
2024/8/17
27
❖ 自适应量化
针对被量化信号的变化状态，随时调节量化台 阶大小以匹配输入信号的时变方差
前向估值的自适应量化
❖对输入信号尚未量化的样本计算出其前向估值大小 ❖需要缓存训练的样本，并传送相关的边信息，因此
引入了编码延时和占用了一定的信道容量
① 斜率过载
② 动态范围
取fs 32K，fB 4K，f 3K 则SNRmax＝25dB 如果考虑动态范围，要求输出信噪比大于15dB，则
SNR＝SNRmax
20lg
A Am a x
动态范围只有约10dB，远达不到普通语音的动态范围要求
2024/8/17
20
(1). 数字压扩自适应增量调制
可同时解决动态范围和斜率过载问题。
基本概念：如同非均匀 PCM中那样，改变量化间隔△。
如果连续出现多个“1”或者“0，即可认为信号有出现
过载的可能，从而增大△，使其本地译码信号跟上变化。
如果量阶随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩，
如果量
阶随语音音节时间间隔中信号的平均斜率变
化而进行压 扩，则称为CVSD－连续可变斜率
｛一音节＝基音周期＝（5~20）ms｝
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2 q
e 2
p ( e ) de
若 e(t )在（ ，－ ）间均匀分布，则
p(e）＝ 1 2
此时，
2 q
1 2
e 2 de
2 3
( PCM
时
2 q
2 12
)
08.03.2021
16
通常认为 q 在 (0 , fs ) 内均匀分布，
则低通滤波 (LPF) 后
q 2 32ffsB fB为 LP 带 F宽
M
重建滤波器H(Z)＝1 biZi i1
由于只有零点，称为零全点预测器
s(n) d(n)
量化器
dq (n)
编码
se (n)
全零点 预测器
解码
dq (n)
sr (n)
全零点 预测器
se (n)
全零点预测器DPCM
08.03.2021
7
❖ 零极点预测器
把零点预测器和极点预测器组合在一起，即构成零极
[工学]5第三讲语音信号数字化 及压缩编码
DPCM
❖ 降低语音编码速率的必要性
模拟单边带多路载波电话的带宽4K，而PCM的 带宽的理论值为32K
在频带受限的应用场合经济性太低，如卫星通信、 移动通信等
PCM占用高带宽的原因分析
❖为满足语音信号的高动态范围而采用了多位的量化
❖对每个采样点都进行量化，没有考虑语音信号的前后 相关性
① 斜率过载
② 动态范围
取fs 32K，fB 4K，f 3K 则SNRma＝ x 25dB 如果考虑动态范围 求， 输要 出信噪比1大 5dB于 ，则
SNR＝SNRmax2
A 0lg
Amax
动态范围只1有0d约 B，远达不到普通语 动音 态的 范围要
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20
(1). 数字压扩自适应增量调制
08.03.2021
2
❖ 预测编码的概念
相邻样点之间可能只有一个量化间隔或少数个量化间 隔的差别，PCM传送的信息存在冗余
在编码前就去掉相关性很强的冗余，然后再进行编码 传送
预测编码，就是根据过去的信号样值预测下一个样值， 并且把预测值与现实的采样值之差进行量化加以编码 和传送
在接收端，经过相同的预测和滤波，即可得到原始信 号波形
可同时解决动态范围和斜率过载问题。
基本概念：如同非均匀 PCM中那样，改变量化间隔△。
如果连续出现多个“1”或者“0，即可认为信号有出现
过载的可能，从而增大△，使其本地译码信号跟上变化。
如果量阶随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩，
如果量
阶随语音音节时间间隔中信号的平均斜率变
化而进行压 扩，则称为CVSD－连续可变斜率
编码过程
S(n) 输入信号样值
Sl(n) 本地译码值＝前 预一 测样 值值 ＝重 前 建一 值样值
Sl(n)Sˆ(n1)
08.03.20S2ˆ1(n) 为重建值
10
S(n) + -
e(n)
Q[]eˆ ( n )Fra bibliotek数码 形成
C(n)
Sl(n)
Z-1 Sˆ(n )
增量调制编码器
C(n)
eˆ(n) 解码
Sˆ(n)
C (n ) 1
eˆ ( n )
Sˆ ( n ) eˆ( n ) Sˆ ( n 1)
传输过程无误码时
Cˆ ( n ) Cˆ ( n ),
eˆ( n ) eˆ ( n )
因而
Sˆ ( n ) Sˆ ( n )
实际编码译码器常用简单RC积分器和比
较器来实现 Z 1 和 Q
08.03.2021
点预测器
M
1 bi z i
H (Z )
i 1 N
1 a i z i
i 1
s(n) d(n)
se (n)
量化器
全零点 预测器
dq (n)
编码
dq (n)
解码
se (n)
全零点 预测器
sr (n)
全极点 预测器
全极点 预测器
sr (n)
零极点混合预测器DPCM
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8
❖ 最佳预测器
13
(2) 斜率过载和量化信噪比 当信号变化速率超出 M 波形变化速率 时，会出现斜率过载现象，以单频信号 为例
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14
S(t) A cost
dS(t) Asint
最大值为1
Amax
Ts
Amax
Ts
2f
fs
fs为抽样频率
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15
量化信噪比
M量化噪声
确定一组最佳预测系数，使得 E[d 2 ] 最小 在全极点模型下，并忽略量化误差
N
E[d 2] E[(S(k) Se (k))2] E[(S(k) aiS(k i))2] i1
最佳预测系数应满足 E[d 2]＝0 ai
a1opt
R(0) R(1)
由此可得aiopt＝.a2opt
aNopt
Z 1
增量调制解码器
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11
差值信号
e(n)＝S(n) Sl (n) S(n)Sˆ(n1) 编码过程 e(n) 0 则 eˆ(n) , C(n) 1 e(n) 0 eˆ(n) , C(n) 0
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12
译码过程
C (n ) 0
则 eˆ ( n )
比降低
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例： f1kHz fB4kHz
fs1k6Hz SNR 15~1d 6B
结论：① SNR与 f s 三次方成正比，fs 提
高一倍，SNR增大9 dB
② SNR 与 f 2 成反比，信号频率
提高一倍，SNR 下降6 dB
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简单增量调制的性能改进
简单增量调制有两个问题：
e(KTs)
x(t)
抽 样 + ∑
量 化
编 码 +
传 输
∑
输 出 滤 波
-
+ 解 码 +
预 测 ∑
预 测
+
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❖ 零点预测器
M阶预测器的输出是前M个量化值的线性组合
M
Se(k) bidq (k i) i1
M
重建信号Sr (Z) dq (Z)H(Z) dq (Z)(1 biZi ) i1
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临界过载时
S max
A
2 max
2
SNR max
S max
2 q
3 8 2
f
3 s
f 2 fB
0 .038
f
3 s
f 2 fB
SNR max ( dB ) 30 log 10 f s 20 log 10 f
10 log 10 f B 14
信噪比与信号幅度有关，信号幅度小，信噪
Rss1rss
R(1) R(N
R(0) 1)
R(N 1) 1R(1)
R(N 2)
R(2)
R(0)
R(N)
其中R(i) E[S(k)S(k i)]
最终输出的信噪比与预测阶数有关
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增量调制（ M ，Delta－M）
(1) 简单增量调制
M可以认为是DPCM 一位编码时的特例， 但编码的是差值信号。