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

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
时百度文库
2 q
2 12
)
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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
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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(1). 数字压扩自适应增量调制
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。
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
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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
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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❖ 最佳预测器
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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❖ 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
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
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S(n) + -
e(n)
Q[]
eˆ ( n )
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)
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：
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
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(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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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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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
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
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❖ 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
Z 1
增量调制解码器
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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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译码过程
C (n ) 0
则 eˆ ( n )
[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