第三部分语音编码技术
简述欧美及我国常用的语音编码技术。
欧美及我国常用的语音编码技术1. 介绍在当今数字化时代，语音编码技术在通信、音频处理、语音识别等领域起着至关重要的作用。
欧美及我国都有各自常用的语音编码技术，本文将就这一主题进行深入探讨。
2. PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）是一种最早期的语音编码技术，它将模拟信号转换为数字信号。
PCM编码的优点是精确度高，保真度好，但缺点是需要较大的数据传输速率。
在欧美，PCM编码仍然广泛应用于一些专业音频设备和通信系统中。
3. ADPCM编码ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）是一种自适应差分脉冲编码调制技术，它在PCM编码的基础上进一步压缩了数据量。
相较于PCM编码，ADPCM编码具有更高的压缩比，适用于一些需要节省带宽的场景。
在欧美，ADPCM编码被广泛应用于语音通信、无线通信等领域。
4. G.711编码G.711是国际电信联盟（ITU-T）制定的一种音频编码标准，它包括了μ-law和A-law两种编码方式。
G.711编码通过对声音进行采样和量化，实现了对语音的高效压缩和传输。
在我国，G.711编码是常用的语音编码技术之一，被广泛应用于各类通信系统和音频处理设备中。
5. G.729编码G.729是一种高压缩比的语音编码标准，它采用了先进的语音处理算法，实现了对语音信号的高效压缩和传输。
在欧美，G.729编码被广泛应用于语音通信和网络通信方式等领域。
6. Opus编码Opus是一种开放式、免专利的音频编码格式，它具有低延迟、高音质和高压缩比的特点。
Opus编码在欧美得到了广泛的应用，尤其是在互联网音频传输、实时语音通信等领域。
7. 总结欧美及我国常用的语音编码技术包括了PCM编码、ADPCM编码、G.711编码、G.729编码和Opus编码等多种标准和格式。
这些编码技术各具特点，适用于不同的场景和需求。
随着科技的不断进步和创新，相信未来还会有更多更先进的语音编码技术出现，为语音通信和音频处理领域带来更多的可能性。
语音编码技术的分类
语音编码技术的分类语音编码技术是将语音信号经过压缩、编码处理后转化为数字数据的技术，广泛应用于语音通信、语音识别、语音合成等领域。
根据不同的实现方式和压缩算法，可以将语音编码技术分为以下几个分类。
首先是有损压缩编码技术，这种技术通过牺牲一定的语音质量来达到较高的压缩比。
最典型的有损压缩算法是线性预测编码（LPC）和线性预测编码（LPC）特征序列编码。
LPC通过分析语音信号的谐波结构和共振峰来捕捉语音的重要信息，然后利用这些信息对语音进行重建。
而LPC通过分析语音信号的自相关性和频谱平滑性来获得语音的预测系数，从而实现对语音信号的压缩。
其次是无损压缩编码技术，这种技术通过保留原始语音信号的全部信息来实现压缩。
无损压缩编码技术对于一些对音质有较高要求的应用场景非常重要，比如语音识别和语音合成。
最常见的无损编码算法是自适应差分编码（ADPCM）和矢量量化编码（VQ）。
ADPCM通过预测当前语音样本和前一样本之间的差值，并将该差值保存为编码结果，以实现高压缩比。
第三是混合压缩编码技术，也称为变速压缩编码技术。
这种技术通过对不同部分使用不同的压缩算法来实现。
最常见的变速编码算法是多速率编码（MRC）和多步骤编码（MSC）。
MRC通过对语音信号的不同频段采用不同的压缩算法，对于高频部分使用有损压缩算法进行压缩，对于低频部分使用无损压缩算法进行压缩，从而实现更高的压缩比。
MSC对语音信号进行多次压缩，每次压缩只保留重要的信息，通过多次压缩后，达到较高的压缩比。
总的来说，语音编码技术的分类包括有损压缩编码技术、无损压缩编码技术和混合压缩编码技术。
不同的技术分类适用于不同的应用场景，在实际应用中需要根据具体需求权衡语音质量和压缩比，选择合适的编码技术。
对于语音通信等实时场景，需要保证较高的语音质量，可以选择无损压缩编码技术；而对于语音识别和语音合成等需要高压缩比的应用场景，可以选择有损压缩编码技术。
混合压缩编码技术则提供了在不同部分使用不同压缩算法的灵活性，适用于更细粒度的应用需求。
第3章语音压缩编码1024
在语音信号的子带划分上，应考虑到各频段对主观听 觉贡献相等的原则做合理的分配，使低频段的子带宽度较 窄，高频段的子带宽度较宽。通常语音信号经带通滤波器 组滤波后分成4 ~ 6个子带，子带之间允许有小的间隙，如 图所示。
子带编码原理
• 在子带编码器的设计中，必须考虑子带数目、子带划分、
编码的参数、子带中的比特分配以及带宽等主要参数。
• 把发音看成是以语音速率传送，则语音编码的极 限速率为80bps
• 从数字化标准的编码速率64kbps，到极限速率 80bps之间的距离，压缩比可达64kbps/80bps=800
• 对于理论研究和实践有着极大的吸引力
压缩编码方法分类
• 波形编码
– 原理简单，失真小 – 数码率高
• 参数编码
– 数码率低 – 音质较差，复杂度高
反射系数
增益G
参数编码 c(n)
G
1
N
s 2 (i)
N i1
预加重：
• 提高语音谱中的高频共振峰，使语音频谱 较为平滑,从而提高谱参数估计的精确度
• 预加重滤波器的传递函数为利用短时平均幅度差函数（AMDF）计算
130
Fn (k) | xn (m) xn (m k) | m1
– 波形编码技术 – 参数编码技术
语音生成机构
• 声源：
– 声带
• 共鸣机构：
– 声道(鼻腔、口腔与舌头)
• 放射机构：
– 嘴唇或鼻孔
语音产生机理
• 浊音
– 气流通过声门时，声带的张力刚好使声带产生 张弛振荡式振动，产生一股准周期脉冲气流， 激励声道产生浊音
• 轻音
– 声带不振动，而在某处收缩，迫使气流高速通 过这一收缩部分产生湍流就产生清音
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。
简述欧美及我国常用的语音编码技术
语音编码技术是指将语音信号转换成数字信号的过程，以便于数字通信和存储。
欧美及我国常用的语音编码技术有很多种，每种技术都有其特点和适用场景。
在本文中，我将对欧美及我国常用的语音编码技术进行简要描述，并分析它们的优缺点和应用范围。
1. PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）PCM是一种最基本的编码技术，它将模拟语音信号按照一定的采样频率和量化位数转换成数字信号。
PCM具有简单、成本低廉的优点，适用于通信和存储。
然而，PCM需要较高的带宽和存储空间，而且在传输过程中容易受到噪声和失真的影响。
2. ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation，自适应差分脉冲编码调制）ADPCM是一种改进型的PCM技术，它通过差分编码和自适应量化实现了更高的压缩比和更好的抗噪能力。
ADPCM适用于语音通信和数字语音存储领域，可以有效地降低带宽和存储需求，提高语音质量。
3. CELP（Code Excited Linear Prediction，编码激励线性预测）CELP是一种基于语音产生模型的编码技术，它通过对语音信号的激励和线性预测参数进行编码，实现了更高的压缩比和更好的语音质量。
CELP适用于数字语音通信和存储，已经成为了现代语音编码的主流技术之一。
4. G.729G.729是一种窄带语音编码标准，它采用了多种高效的压缩算法和声学模型，实现了良好的语音质量和低码率。
G.729被广泛应用于IP通信方式和语音会议系统，能够在有限的带宽下实现优秀的语音通信效果。
5. AMR（Adaptive Multi-Rate，自适应多速率）AMR是一种自适应多速率语音编码技术，它可以根据网络条件和通信需求动态调整编码速率，实现了灵活的语音通信和存储。
AMR适用于移动通信和语音在线服务领域，能够提供高质量的语音体验。
以上是欧美及我国常用的几种语音编码技术，每种技术都有自己的特点和应用场景。
1多媒体技术第3章 语音编码
3.1.2 三种话音编译码器
图3-05 普通编译码器的音质与数据率
3.1.2 三种话音编译码器
1. 波形编译码器 波形编译码的想法是，不利用生成 话音信号的任何知识而企图产生一种重 构信号，它的波形与原始话音波形尽可 能地一致。一般来说，这种编译码器的 复杂程度比较低，数据速率在16 kb/s以 上，质量相当高。低于这个数据速率时， 音质急剧下降。
3.1.2 三种话音编译码器
2. 音源编译码器 音源编译码的想法是企图从话音波形信号 中提取生成话音的参数，使用这些参数通过话 音生成模型重构出话音。 针对话音的音源编译码器叫做声码器 (vocoder)。 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。
第3章 话音编码
ITU-TSS为此制定了并且继续制定一系列 话音(speech)数据编译码标准。其中， G.711使用μ律和A律压缩算法，信号带宽为 3.4 kHz，压缩后的数据率为64 kb/s； G.721使用ADPCM压缩算法，信号带宽为3.4 kHz，压缩后的数据率为32 kb/s； G.722使用ADPCM压缩算法，信号带宽为7 kHz，压缩后的数据率为64 kb/s。 在这些标准基础上还制定了许多话音数据 压缩标准，例如G.723，G.723.1，G.728， G.729和G.729.A等。
3.1.2 三种话音编译码器
另一种频域波形编码技术叫做自适应变 换编码(adaptive transform coding， ATC)。这种方法使用快速变换(例如离散 余弦变换)把话音信号分成许许多多的频 带，用来表示每个变换系数的位数取决 于话音谱的性质，获得的数据率可低到 16 kb/s。
语音编码技术的分类
语音编码技术的分类语音编码技术概述语音编码技术是指将语音信号转换成数字信号的技术，是现代通信系统中不可或缺的一部分。
语音编码技术能够有效地压缩语音数据，减小传输带宽，提高通信质量。
分类1.无损编码–PCM编码：将模拟语音信号进行采样和量化，并使用脉冲编码调制（PCM）进行数字化，保留了所有原始信息。
–ADPCM编码：利用自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）对采样值进行编码，以减小数据量。
–LPC编码：根据语音信号的模型参数，利用线性预测编码（LPC）对信号进行编码，适用于高压缩比的应用。
2.有损编码–CELP编码：采用声道模型和码字搜索算法，通过对语音信号进行向量量化，实现高压缩比的语音编码。
–MP3编码：基于MDCT变换和感知模型，通过分析人耳对声音敏感度，实现高质量音频的压缩。
–AMR编码：适用于移动通信系统的编码标准，通过对语音信号进行截断和窄带限制，达到低比特率的编码效果。
无损编码无损编码技术旨在将语音信号以无失真的方式进行压缩，并能够还原原始信号。
其中，PCM编码是一种最简单的无损编码方式，它通过对语音信号进行时域采样和量化，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
由于PCM编码保留了全部语音信息，因此文件体积较大，不适合传输和存储。
为了减小数据量，ADPCM编码在PCM编码的基础上引入了差分脉冲编码调制技术。
ADPCM编码根据每个采样值和前一个采样值之间的差异进行编码，以便用更少的位数表示信号。
LPC编码则通过语音信号的线性预测，利用模型参数的编码表示来实现信号的压缩。
有损编码有损编码技术能够更高效地压缩语音信号，但在压缩的过程中会存在一定的信号失真。
有损编码主要应用于高压缩比的语音传输和存储场景。
CELP编码是一种基于声道模型的语音编码技术，它利用矢量量化和码字搜索算法对语音信号进行编码。
通过分析语音信号在频域和时间域的特性，CELP编码能够以较低的比特率实现较高的语音质量。
MP3编码是广泛应用于音频压缩的技术，它基于MDCT变换和感知模型。
第三章 数字电视视音频信号压缩编码技术
为帧内预测编码；三维预测与前面的帧有关，所以也称为帧 间预测编码。
二、 变换编码
变换编码也有变换、量化、编码三大过程：
1、离散余弦变换——DCT的基本思想
DCT变换是把空间域上的信号变换到 频率域上，使能量在空间域上分散分布的 原信号变换后能量在频率域上相对集中到 某些少数区域内，即将空间域上的信号样 值变换成频率域上的系数，经变换后的系 数按频率由低到高分布。
率为 p(xi )，且有 p(xi ) 1，则x1,x2,x3…xn所包含的 i 1
信息量分别为 log2 p(x1), log2 p(x2 ) log2 p(xn ) 。 于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均
信息量为：
H(x) p(x1)log2 p(x1) p(x2)log2(x2)
⑵对每一块像块进行DCT变换。 ⑶对变换后的系数进行量化。 ⑷进行之字形扫描（读出）和零游程编码。
3、DCT压缩编码的过程为：
三、统计编码（熵编码）
统计编码是基于信号统计特性的编码技术。 基本原理：
按信源符号出现概率的不同分配以不同长
度的码字（bit数），概率大的分配以短的码字， 概率小的分配以长的码字。这样使最终的平均
三、压缩的途径及方法
1、行、场逆程不传送，在接收端重新形成。 2、亚奈奎斯特取样 fs＜2fm。使混叠分量与 亮度谱线交错。
3、采用高效编码――信源编码。去除电视信号 中的冗余。
3.3 常用的数字电视视频压缩编码技术
一、 预测编码
1、预测编码的基本原理 利用某种数学模式对以前已知的相关数据进
语音编码的基本方法
语音编码的基本方法语音编码是将语音信号转换为数字信号的过程，以便能够利用数字信号处理技术进行存储、传输、分析和合成。
语音编码的目标是尽可能减小存储和传输所需的比特率，同时尽量保持原始语音信号的质量。
下面将介绍语音编码的基本方法。
1.线性预测编码（LPC）线性预测编码（Linear Predictive Coding，LPC）是一种基于声道模型的语音编码方法。
该方法假设语音信号可以由线性滤波器和一个激励源合成。
LPC编码先通过线性预测分析，估计出语音信号的线性滤波器参数，然后将这些参数进行编码传输。
2.矢量量化矢量量化是一种有损数据压缩技术，也是常用的语音编码方法。
它将一组相关的样本（向量）映射到一组有限的离散码字中。
在语音编码中，矢量量化可以应用于线性预测编码的残差信号，以及其他一些语音特征参数的编码。
3.短时傅里叶变换编码（STFT）短时傅里叶变换编码（Short-Time Fourier Transform，STFT）是一种频域分析方法，常用于语音信号的编码。
STFT将语音信号分段进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，然后对频域信号进行编码传输。
4.频率对齐线性预测编码（FSLP）频率对齐线性预测编码（Frequency-Selective Linear Prediction，FSLP）是一种新型的语音编码方法。
它通过对语音信号进行预处理，将频率对齐后的语音信号分帧，然后利用线性预测分析得到每一帧的滤波器系数，并对这些系数进行编码传输。
5.自适应编码自适应编码是一种根据传输条件自动调整编码参数的方法。
最常见的自适应编码方法是可変速率编码（Variable Bit Rate，VBR）和可变码率编码（Adaptive Bit Rate，ABR）。
这些编码方法根据语音信号的特性和传输条件，动态调整编码参数，以尽可能减小比特率，并保持较高的语音质量。
除了上述几种基本方法，还有很多其他的语音编码技术，如无失真编码、人工神经网络编码等。
语音编解码技术课件PPT
目录
Contents
• 语音编解码技术概述 • 语音编解码技术原理 • 常见语音编解码技术 • 语音编解码技术性能评估 • 语音编解码技术发展趋势 • 语音编解码技术应用案例
01 语音编解码技术概述
语音编解码技术的定义
语音编解码技术
是一种将模拟语音信号转换为数字信号，以及将数字信号还原为模拟语音信号 的技术。
பைடு நூலகம்
智能语音助手的应用
智能语音助手如Siri、Alexa等，都依赖于语音编解码技术 来处理用户的语音输入。
这些应用首先通过语音编解码技术将用户的语音转换为数 字信号，然后进行识别和处理，最后再将处理结果以语音 的形式输出，这其中语音编解码技术的性能直接影响到语 音助手的识别准确率和响应速度。
音频编辑软件的应用
VS
详细描述
G.729编码利用了语音信号的线性预测特 性和人类的听觉特性，通过建立一个码本 并选择最接近的匹配项来压缩数据。 G.729编码具有较低的数据量和较好的音 质，广泛应用于无线通信和网络传输等领 域。
AMR-NB编码
总结词
AMR-NB（Adaptive Multi-Rate Narrowband）是一种针对窄带语音的压缩标准， 它支持多种比特率和语音质量。
编解码过程
包括采样、量化和编码三个步骤，其中采样是将连续的模拟信号转换为离散的 数字信号，量化是将连续值转换为离散值，编码则是将数据转换为可以在数字 通信系统中传输的格式。
语音编解码技术的发展历程
01
起始阶段
02
发展阶段
20世纪60年代，PCM（脉冲编码调制） 技术的出现，实现了模拟语音信号的数 字化。
20世纪80年代，G.711、G.722等语 音编解码标准的制定，推动了数字语 音通信的发展。
3章 语音编码与处理技术
第三章 话音编码多媒体技术多媒体技术第三章 话音编码与处理技术多媒体技术浙江工业大学信息学院 古辉gh@13.1 话音编码概要 3.2 脉冲编码调制(PCM) 3.3 增量调制与自适应增量调制 3.4 自适应差分脉冲编码调制 3.5 线性预测编码(LPC)的概念 3.6 GSM编译码器简介 3.7 语音合成 3.8 语音识别23.1 话音编码概要多媒体技术3.1 话音编码概要多媒体技术话音波形的特性话音分成三种类型：浊音(voiced sounds)，清音 (unvoiced sounds)和爆破音(plosive sounds)。
浊音是一种称为准周期脉冲(quasi-periodic pulses)激励所 发出的音，这种准周期脉冲是在声门打开然后关闭时中 断肺部到声道的气流所产生的脉冲。
清音是由不稳定气流激励所产生的，这种气流是在声门 处在打开状态下强制空气在声道里高速收缩产生的。
爆破音是在声道关闭之后产生的压缩空气然后突然打开 声道所发出的音。
不能归属到上述三种音中的任何一种音，称为混合音。
浊音段的波形举例浊音段的功率普密度举例3清音段的波形举例清音段的功率谱密度举例43.1 话音编码概要多媒体技术3.1 话音编码概要多媒体技术三种话音编译码器话音编译码器一般分成三种类型： 波形编译码器(waveform codecs)的话音质量高，但数 据率也很高； 音源编译码器(source codecs)的数据率很低，产生的 合成话音的音质有待提高； 混合编译码器(hybrid codecs)使用音源编译码技术和 波形编译码技术，数据率和音质介于它们之间。
图 普通编译码器的音质与数据率5 63.1 话音编码概要多媒体技术3.1 话音编码概要多媒体技术波形编译码器波形编译码的想法是，不利用生成话音信号的任何知识 而企图产生一种重构信号，它的波形与原始话音波形尽 可能地一致。
时域法(time domain approach)脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)，它仅仅是 对输入信号进行采样和量化。
第3章语音信号编码
PCM通信系统的构成
PCM通信系统由三个部分构成：模/数变换、信道部分、 数/模变换。 （1）模/数变换
包括抽样、量化、编码三步。 抽样：把模拟信号在时间上离散化，变为脉冲幅度调 制(PAM)信号。 量化：把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值(共 有N 个量化值)。 编码：用二进码来表示 N个量化值，即把离散的幅度 值变换为数字信号。
11
低通型信号的抽样
抽样的实现
12
低通型信号的抽样
2、低通型信号的抽样定理
模拟信号的频率范围为 f 0 ∽ f M ， B f M f0 f0 B 低通型信号（话音信号等） f0 B 带通型信号
抽样信号频谱的频率成分：
原始频带： f0 ∽ f M
nfs 的上、下边带
抽样频率： f s
1 T
5
PCM通信系统的构成
6
PCM通信系统的构成
（2）信道部分 信道部分包括传输线路及再生中继器。
再生中继器：消除叠加在信号上的噪声干扰，还原成 发送的数字信号。
7
PCM通信系统的构成
（3）数/模变换 接收端首先利用再生中继器消除数字信号中的噪
声干扰，然后进行数/模变换。数/模变换包括解码和低 通两部分。 解码——解码是编码的反过程，解码后还原为PAM信 号(假设忽略量化误差——量化值与PAM信号样值之差)。 低通——收端低通的作用是恢复或重建原模拟信号。
混合编码 在参量编码的基础上，引 子带编码 入一定的波形编码的特征。
2
PCM通信系统的构成
2、脉冲编码调制(PCM) 的概念 PCM——是对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将 模拟信号转化为数字信号。
由此构成的数 字通信系统称 为PCM通信系统。
语音编码
把发音看成是以语音速率来传送，则语音编码的极限
速率为80bps,从数字化标准的编码速率64kbps，到极
限速率80bps，之间的距离，对于理论研究和实践有
着极大的吸引力。
二、语音编码的关键技术 语音信号中存在两种类型的相关性： （1）样点间的短时相关性 （2）相邻基音周期之间的长时相关性
1. 语音信号的短时预测模型
√语音信号压缩编码的原理及其评价系统
一、语音压缩的基本依据
二、语音编码的关键技术 三、语音压缩系统的性能指标和评测方法
一、语音压缩的基本依据
是语音信号的冗余度和人的听觉感知机理。
1.存在的时域冗余度：
（1）幅度非均匀分布
（2）语音信号样本间的相关性很强
（3）浊音具有准周期
（4）声道的形状及其变化缓慢
2.参数编码（声源编码 parametric coding）： 根据语音信号产生的数学模型，通过对语音信 号特征参数的提取后进行编码（将特征参数变换成 数字代码进行传输）。在接收端将特征参数，结合 数学模型，恢复语音，力图使重建语音保持尽可能 高的可懂度，重建语音信号的波形同原始语音信号
的波形可能会有相当大的区别。如线性预测（LPC）
接收器
模数转换
压缩编码
IP封装 网 络
播放器
数模转换
解码
IP解包
二、编码速率（信息容量）
用比特/秒（b/s或bps）来度量，用I表示，有：
I=R
•
fs ,R代表每个语音采样值编码所需的比
特数；fs是采样频率。
当fs=8kHz，每个采样值用8比特位来编码，则
编码速率为64kb/s。
三、编码的分类 1.波形编码(waveform coding)：基本原理是在时 间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样，然 后将幅度样本分层量化，并使用代码来表示。在接 收端将收到的数字序列经过解码恢复到原模拟信号， 保持原始语音的波形形状。话音质量高，编码速率 高。如PCM编码类（a率或u率PCM、ADPCM 、ADM)， 编码速率为64－16kb/s，语音质量好。
语音编码技术
语音编码技术郑尚坤31102105摘要：语音编码为信源编码，是将模拟语音信号转变为数字信号以便在信道中传输。
在数字电话和数据通信的容量日益增长过程中，人们不希望这样的增长而降低传送语音信号的质量，所以对语音信号进行压缩编码是提高通信容量的重要措施之一。
主要对语音编码技术的特点进行了分析与研究, 对波形编码、声码器和混合编码三种主要的语音编码进行了比较，并阐述了各种编码的特性和发展趋势。
关键字：语音编码数字信号模拟波形引言：语音编码是将模拟语音信号数字化的手段. 语音信号数字化后, 可以作为数字数据来传输、存储或处理, 因而具有一般数字信号的优点.1 语音编码方法1. 1 波形编码波形编码针对语音波形进行的, 这种方法在降低量化每个语音样本比特数的同时又保持了相对良好的语音质量. 波形编码包括时域编码和频域编码.①时域编码. 时域编码主要有脉冲编码调制( PCM) 、增量调制(ΔM) 、自适应差分脉码调制(ADPCM) 、自适应增量调制(ADM) 、自适应预测编码(APC) 等.线性PCM 是用同等的量化级进行量化, 没有利用声音的性质, 所以信息没有得到压缩, 对数PCM 利用了语音信号幅度的统计特性, 对幅度按对数变换压缩, 将压缩的结果作线性编码, 在接收端解码时, 按指数扩展, 这种方法在数字电话通信中得到了广泛的应用, 现有的PCM 采用编码速率为64 kbps 的A 律μ律对数压扩方法. 由于对数PCM 广泛应用于通信系统中, 而线性PCM 可以直接进行二进制运算, 所以一般速率低于64 kbps 的语音编码系统多是先进行对数PCMO线性PCM 变换后, 再采用信号处理器进行语音信号数字处理. PCM 最大缺点是数码率高, 在传输时所占频带较宽.差分脉码调制(DPCM) 是根据相邻采样值的差值信号进行编码, ADPCM 是在DPCM 的基础上发展起来的, 其量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳或接近于最佳参数状态. ADPCM 是语音编码中复杂程度较低的一种方法.增量调制是根据信号的瞬值是否增大或减小, 即根据增量编码, 用一位二进制码序列对模拟信号进行编码. 这种方法简单, 实现容易, 但由于量阶固定, 量化噪声功率固定, 所以当信号下降时, 信噪比(SNR) 下降. 为了改进这种方法的动态范围, 引进了自适应技术, 让量阶的大小随输入信号的统计特性变化而变, 这种方法称为自适应增量调制(ADM) . CVSD 是让量阶的大小随音节时间间隔(5～20 ms) 中信号平均斜率变化, 信号的斜率是通过输出连“0”或连“1”来检测的. ADM 编码器简易, 同步简单, 成本低, 是数字移动通信中较好的一种语音编码方法. APC 是根据语音的统计特性, 由过去的采样值精确预测出当前样值的一种编码方法, 它是通过自适应预测器来提高预测精度的, 预测得越精确, 编码速率越低, 这种方法可以做到低速率(10 kbps 以下) , 并且音质与电话音质相似.②频域编码. 频域编码方式主要有子带编码(SBC) 和自适应变换编码(ATC)SBC 是利用带通滤波器将语音频带分成若干子带, 并且分别进行采样、编码,编码方式可以用ADPCM 或ADM , SBC 速率可以达到9. 6 kbps . 可变SBC 可使子带的设计不固定, 而是随共振峰变化, 使编码速率进一步提高, 这种方式在速率为4. 8 kbps 时可具有相当于7. 2 kbps 的固定SBC 的语音质量.ATC 是先将语音信号在时间上分段, 每一段信号一般有64～512 个采样, 再将每段时域语音数据经正交变换转换到频域, 得到相应的各组频域系数, 然后分别对每一组系数的每个分量单独量化、编码和传输, 在接收端解码得到的每组系数再进行频域至时域的反变换, 恢复时段信号, 最后将各时段连接成语音信号, ATC 编码在速率为12～16 kbps 可得到优质语音.1. 2 声码器所谓声码器是根据发音模型, 分析并提取语音信号的特征参数, 且只传送能够合成语音信息的参数, 不需要再现原语音的波形, 典型的声码器有谱带式、共振峰式和按线性预测分析(L PC) 所组成的声码器等.谱带式声码器在发送语音信号的三种信息, 其中一种信息是使语音信号通过10～20 个并联带通滤波器, 通过检波得到信号的包络值, 再用50 Hz 或30 Hz 的帧频传送, 另一种信息是声带音调, 通过音调控制器从语音中分析出基音频率, 并送出相应的电压信号, 第三种信息是语音中的“浊”音、“清”音, 将上述信息通过采样、量化、编码, 合成发送出去, 在接收端设置蜂音, 噪声发生器, 产生周期脉冲, 其频率与基音相等, 发生器的输出由浊音、清音检测控制开关的交替通断, 再被发送端送来的相应信息调制, 就得到合成的语音, 其速率可压缩到2. 4 kbps .共振峰声码器是利用语音频带中的共振峰信息进行编码, 它的速率可压缩到1. 2 kbps , 这种方法存在的问题是要准确地提取共振峰的频率比较困难.线性预测声码器(L PC) 是一种比较有实用价值的声码器, 典型的方法如美国国家安全局于1975 年及1986 年选定的线性预测编码(L PC —10) 及改进型线性预测编码(L PC —10E) , 数码率为2. 4 kbps , 用10 阶线性预测的方法提取声道参数, 采用区分浊音和清音的二元激励, 清音用白噪声和浊音用周期为基音周期的脉冲序列合成语音, 用这种方法传输, 还原出来的语音的清晰度、可懂度仍很高.1. 3 混合编码混合编码是近年来出现的一种新的编码方法, 这种方法在保留参数模型技术精华的基础上, 应用波形编码准则去优化激励信号, 从而在4. 8～9. 6 kbps 的数码率上获得了较高质量的合成语音, 其代表是一类称之为“按分析合成” (ABS) 的方法, 采用听觉加权技术, 在闭环的基础上寻找主观意义上失真最小的激励矢量. 由于采用的激励信号模型不同, 这类方法派生出多种新的编码方法, 都能在9. 6 kbps 码率上获得较高的话音质量. 典型的方法有剩余激励线性预测编码(REL P) , 多脉冲激励线性预测编码(MPC) , 码激励线性预测编码(CEL P) . MPC 采用数目有限, 非均匀间隔的冲激序列作为激励, 在REL P 中信号同样为冲激序列, 但其间隔为常数, 所以REL P 除需指明序列的起始位置外, 无需对每一个脉冲位置进行描述, 而MPC 需用脉冲的位置与幅度来描述. CEL P 采用矢量量化技术, 将代表语音段的矢量构成一庞大的码本中的地址, 而不是传送N 维样值序列, 再用矢量去激励声道. CEL P 能高效地压缩数码率, 但是, 建立码本搜索码字的运算量也比较大.2 语音编码方法比较语音质量与编码速率的关系如图1 所示.64 kbps 的PCM 编码方法可以得到高质量的语音, 利用波形相关性及频谱特性可以将其压缩到24～32 kbps , 进一步在利用音调结构的同时, 进行噪声整形, 可以压缩到9. 6 kbps . 但是如果降低的比特数超过上述数目, 语音质量将急剧劣化, 声码器可以使比特数减少较多, 但语音质量欠佳. 混合编码将波形码和声码器结合起来, 在编码速率较低的情况下获得较好语音质量.3 语音编码技术进展从目前语音编码技术发展来看, CEL P 比MPL PC 的复杂度更高, 码速率更低, 可以在4. 8 kbps左右的码速率获得较高质量的语音,是当今中、低速率语音编码的主流技术之一,在对其改善质量,降低复杂度,减少编码延迟等方面都提出了不少新方法,使CEL P 在实践中得到广泛应用,许多国际标准化组织及机构纷纷将这一编码方案作为语音编码标准,语音编码今后的研究重点将逐步转向更低速率的编码方法.CEL P 类算法是目前中低速语音压缩编码的主流算法之一,许多国际标准化组织及机构将这一方案纳为语音编码标准,目前已形成的标准有:美国政府标准FS1016 (4. 8 kbps CEL P ) , 北美数字蜂窝语音编码IS54 (8 kbps VSRL P) , 日本数字蜂窝语音编码JDC (6. 7 kbps CEL P ) 等.参考文献:[1 ] 曹志刚, 钱亚生. 现代通信原理[M] . 北京: 清华大学出版社, 1992.[2 ] 谢希仁. 计算机网络[M] . 北京: 电子工业出版社, 1999.[3 ] 朱光华. 移动通信技术[M] . 杭州: 浙江科学技术出版社, 1991.[4 ] 吴乐南. 数据压缩的原理与应用[M] . 北京: 电子工业出版社, 1995.。
第3章声音2数字语音的压缩编码
通用性好，适用于任意类型的数字声音，
很成熟，有一系列国际标准：
CCITT G.711 PCM
64kb/s
CCITT G.721 ADPCM 32Kb/s
CCITT G.726 ADPCM 48, 32, 24, 16 Kb/s
已广泛应用于电话语音的中继线传输
2019/6/23
南京大学多媒体研究所
பைடு நூலகம்
优点: 压缩比较大
缺点: 信号源必须已知
示例: LPC
混合编码(Hybrid compression)
示例 : CELP
2019/6/23
南京大学多媒体研究所
7
三类语音编码器性能比较
语音质量
• 波形编译码器 优
(waveform codecs)
良
混合编码
波形编码
• 参数编译码器 中 差 (source codecs) 坏
南京大学多媒体研究所
23
2019/6/23
南京大学多媒体研究所
24
G.722: 64 kbps的声音子带编码
8000, 2bits
XH 高频带
传输 4-8kHz ADPCM
16 kbps
16kHz, 正交
编码器
14bits,
数字声音
镜象
8000, 6bits
滤波
器
XL
低频带 48 kbps
M U X
语音生成模型
语音生成模型
南京大学多媒体研究所
重建的 语音
27
语音生成过程（1）
空气由肺部呼出，经过声带，送入声道， 最后从嘴唇呼出，产生声音。
成年男子的声道平均长度约17cm，它 使声音信号具有短期相关性(持续时间1 ms左右)
语音编码CELP
END
自适应码本
255
索引 a
增益 a
0
更新
子帧延迟
随机码本
511
索引 s
增益 s
线谱参数
线性预测 滤波器
语音信号
0
计算速度的提高
为了减少计算复杂性，自适应码本和随机码本的搜索 分为两步顺序进行；
在进行码本搜索时，使用端点矫正算法进行快速卷积 和能量计算；
基音延迟的搜索采用先整数后分数的两阶段层次搜索 方法；
Ex(t) 5958
…
210
Ex(t) 5958
…
210
5859
=y(t)[0] =y(t)[1] =y(t)[2]
...
Ex(t) 5958
…
2 1 0 =y(t)[59]
m in(i,le n1)
y(t)[i]
h[ j] ex (t)[i j] ，i=0,1,…,L-1
j0
-(t+1)
随机码本 -1 -2 … -t
…
Ex(t) 5958 Ex(t+1) 5958
…
210
…
210
m in(i,le n1)
y(t)[i]
h[ j] ex (t)[i j] ，i=0,1,…,L-1
j0
y(t)[0] ex(t)[0] h[0] y(t)[i 1] y(t1)[i] ex(t)[0] h[i]
y(n)
y(n-p)
y(n-1)
p个点 时间（样点）
清音/浊音示意图：
浊 音 语音
振幅
第三代移动通信中AMR语音编码的差错隐藏技术
ｄｊ：ｓｔ ｌ （ ＋ （ ＝￣ｂ ）１； ） ａｅ ｊ ｊ ｔ ｌ （ 是可查询 的 Ａ Ｒ模式相关表 ， ａｅ ｊ ｂ ） Ｍ 作详 细介绍 。 ２ ． 核 心 帧的分 类 ．２ ２ 重新排序的比特按其重要性分为 ３ 类 这 ３ 类 适合网络中不同的错误保护级别。 它们是 ＣａｓＡ ｌ ， ｓ Ｃａ ，和 Ｃ ｓ Ｃ Ｃａ ｌ ｓＢ ｓ ｌ ｓ 。 ｌ ｓＡ包含对错误最敏感 ａ ｓ 的 比特位， 这些 比特中任何位出错 ， 都必须采用合适
的错误 隐藏 ， 才可译码。 这一类在 Ａ ＭＲ 附录信息 中
通 过 Ｃ Ｃ 校验 被保 护 。定 义 成 ＣａｓｓＢ 和 Ｃ级 Ｒ ｌｓｅ
别 的比特 ， 出现错误将 降低语音质量 ， 但如果 主观
二ｌ 皇塑 堕 ｉ 一 ＿ ＿ 堡 三
Ｏ ｌ
感觉可 以接受 ， 错误语音帧也是可以直接译码 的。
ＣａｓＢ 中 的 比特 对 错 误 的 敏 感程 度 要 高 于 Ｃａ ｌ ｓ ｌｓ
Ｃ
坏帻 ‘ 比特可用来 支持错误豫藏）
好杖
表 ３ 帧质量指示和帧类型与Ｔ ＿ Ｙ Ｅ ＸＴ Ｐ 和 Ｒ — Ｙ Ｅ 问 的对 应 关系 ＸＴ Ｐ
帧类 型可指 示 ８种 Ａ ＭＲ 语音 编码 模式或 ４种 柔 和 噪声模 式 ， 者就 是 空帧 ， 再 如表 １ 所示 。除此 之
落， 使语音解码器可 以选择使用这个信息。
２ Ａ ＭＲ语音帧格 式
普通帧结构模式如 图 １ 所
ｏ ｌ ｏ ｅｅ ｔ ｎ ｆ ｅＴ ｒ ｄ ｔ ｃｉ ． Ｆ ｎ ｌ ， ｔｅ ｅ ｒ ｒ ｃ ｎ ｅ ｌ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｆ ｒ ｌ ｓ ｒ ｍｅ ｎ ｓ ｅ ｃ ｏ ｉ ｇ ｉ ｏ ｉ ａｌ ｙ ｈ ｒｏ ｏ ｃ ａ ｍｅ ｔ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｏ ｔ ｆａ ｓ ｉ ｐ ｅ ｈ ｃ ｄ ｎ ｓ ｄ ｓ ｒｂ ｄ ｉ ｅ ａｌ ｅ ｃｉｅ ｎ ｄ ｔ ． ｉ
《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。
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语音编码技术
参数编码的特点
由于参数编码是针对语音信号的特征参数， 由于参数编码是针对语音信号的特征参数， 所以与波形编码不同，只是适用于语音信号。 所以与波形编码不同，只是适用于语音信号。
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
线性预测： 线性预测： x ( n ) = ∑ a k x ( n − k )
语音编码技术 PCM的原理框图、采样值的量化和编码 的原理框图、 的原理框图
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
抽样－ 抽样－时间离散化
在等间隔处“抽取”信号 幅度 幅度， 在等间隔处“抽取”信号x(t)幅度，得到 样值序列x(nTs)，其中 s称为 抽样后的离散样值序列 ，其中T 抽样后的离散样值序列 抽样间隔， 称为抽样频率。 抽样间隔，fs＝1/Ts称为抽样频率。 抽样后得到的样值又称为PAM信号， 信号， 抽样后得到的样值又称为 信号 PAM信号为模拟信号，不能直接用数字系 信号为模拟信号， 信号为模拟信号 统进行传输。 统进行传输。 抽样速率fs的选取原则 —— 抽样定理。 抽样速率 抽样定理。 fs等于由语音信号产生的 等于由语音信号产生的PAM样值信号的 样值信号的 IP语音网络通信 IP语音网络通信 速率。 速率。
语音信号的压缩编码是研究如何降低语音信号编 码速率的问题 IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
编码速率计算方法 用比特/ b/s或bps）来度量， 表示， 用比特/秒（b/s或bps）来度量，用I表示， I=R • fs ,R代表每个语音采样值编码所需的比 ,R代表每个语音采样值编码所需的比 特数； 是采样频率。 特数；fs是采样频率。 =8kHz，每个采样值用8比特位来编码， 当fs=8kHz，每个采样值用8比特位来编码，则 编码速率为64kb/s 64kb/s。 编码速率为64kb/s。
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术 ⑤CELP(Code Excited Linear Prediction，码激励线性预测编码 ，码激励线性预测编码)
4
～16KBPS
低码率语音编码算法) ⑥ G.723(低码率语音编码算法 5.3k/6.3kBPS 低码率语音编码算法
⑦G.723.1(双速率语音编码算法 双速率语音编码算法) 双速率语音编码算法 ⑧G.729 8KBPS
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
3.1 语音编码分类
波形编码
根据编码器的实现机理，分成三大类 根据编码器的实现机理，
参数编码
混合编码
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
1、波形编码
从语音信号的波形出发， 从语音信号的波形出发，对波形的 抽样值、预测值、预测误差进行编码， 抽样值、预测值、预测误差进行编码， 它以重建语音波形为目的， 它以重建语音波形为目的，力图使重建 波形接近原信号波形。 波形接近原信号波形。
语音编码技术
优点：适应能力强， 优点：适应能力强，重建语音质量好 缺点： 缺点：编码速率较高 速率通常在16------64kbit/s范围 速率通常在16------64kbit/s范围 16------64kbit/s
类型： PCM， 类型： ， 自适应增量调制 （ADM）， ）， 自适应差分编码调制（ 自适应差分编码调制（ADPCM）， ）， 自适应预测编码APC 自适应预测编码
语音编码技术
3.1 语音压缩编码的目的和作用 编码、传输、 编码、传输、存储和译码是语音数字传输和数 字存储的必要过程。 字存储的必要过程。 随着语音通信技术的发展， 随着语音通信技术的发展，压缩语音信号的传 输带宽，降低信道的传输速率， 输带宽，降低信道的传输速率，一直是人们追求的 目标。 目标。语音编码在实现这一目标的过程中担当重要 的角色。 的角色。 语音编码就是使表达语音信号的比特数目最小。 语音编码就是使表达语音信号的比特数目最小。
抽样－时间离散化
x(t) (V)
Ts:抽样间隔 ，抽样速率 s=1/TS 抽样间隔， 抽样间隔 抽样速率f
t (s)
Ts
2T s
3T s
4T s
5T s
6T s
7Ts
8T s
9 T s 10 T s 11 T s 12 T s 13 T s 14 T s 15 T s 16 T s
IP语音网络通信 IP语音网络通信
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
常用语音编码总汇
①PCM编码(原始数字音频信号流) PCM编码 原始数字音频信号流) 编码(
类型：Audio 类型： 所需频宽：1411.2 Kbps 所需频宽： 特性：音源信息完整，但冗余度过大 特性：音源信息完整， 优点：音源信息保存完整,音质好 优点：音源信息保存完整, 缺点：信息量大，体积大，冗余度过大 缺点：信息量大，体积大， 应用领域：素材保存及音乐欣赏 应用领域： 版税方式：Free 版税方式：
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
IP语音网络通信 IP语音网络通信
PCM PCM PCM PCM 编 码 原 理
语音编码技术
模拟信号数字化的三个步骤：抽样、量化、 模拟信号数字化的三个步骤：抽样、量化、编码
模拟语 音信源
抽样
量化
数字交换 传输系统
01101010011111110101000
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术 ③PCMU(G.711U)
类型：Audio 类型： 制定者：ITU-T 制定者：
所需频宽：64Kbps(90.4) 所需频宽： 特性：PCMU和PCMA都能提供较好的语音质量， 都能提供较好的语音质量， 特性： 和 都能提供较好的语音质量 但是它们占用的带宽较高，需要64kbps。 但是它们占用的带宽较高，需要 。 优点：语音质量优 优点： 应用领域：voip 应用领域： 缺点：占用的带宽较高 缺点： 版税方式：Free 版税方式：
特点：利用抽样定理， 特点：利用抽样定理，恢复原始信号的波形
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术 PCM编码 编码
脉冲编码调制PCM：一种将模拟语音信号转换成数字信号 ： 脉冲编码调制 的编码方法： 的编码方法： 脉冲编码调制主要由抽样、量化和编码三个步骤组成。 脉冲编码调制主要由抽样、量化和编码三个步骤组成。 抽样 —— 把在时间上连续的模拟信号转换成时间上离 散的抽样信号（模拟信号）。 散的抽样信号（模拟信号）。 量化 —— 把幅度上连续的模拟信号转换成幅度上离散 的量化信号（数字信号）。 的量化信号（数字信号）。 编码 —— 把时间上和幅度上都离散的量化信号用一个 二进制码组表示。 二进制码组表示。
语音编码技术 第三章 语音编码技术
重点：对语音编码的作用和工作原 重点： 理的具体了解 难点： G.729,G.723编码器的了 难点：对G.729,G.723编码器的了 解和应用
思考题: 、 思考题 1、简述语音编码的种类和特点 2、简述G729编码的工作原理 、简述 编码的工作原理
IP语音网络通信 IP语音网络通信
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
2.参数编码 2.参数编码
根据语音信号产生的数学模型，通过对语音信号特征 根据语音信号产生的数学模型， 参数的提取后进行编码（ 参数的提取后进行编码（将特征参数变换成数字代码 进行传输）。在接收端将特征参数，结合数学模型， ）。在接收端将特征参数 进行传输）。在接收端将特征参数，结合数学模型， 恢复语音，力图使重建语音保持尽可能高的可懂度， 恢复语音，力图使重建语音保持尽可能高的可懂度， 重建语音信号的波形同原始语音信号的波形可能会有 相当大的区别。如线性预测（ 相当大的区别。如线性预测（LPC）编码类。编码速 ）编码类。 率低， 率低，2.4-1.2kb/s，自然度低，对环境噪声敏感。 ，自然度低，对环境噪声敏感。
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术 优点：编码速率低。 优点：编码速率低。 缺点：语音的音质和自然度较差， 缺点：语音的音质和自然度较差，很难 辨别说话人。（有一定的可懂度) 。（有一定的可懂度 辨别说话人。（有一定的可懂度)
类型:LPC线性预测编码 类型:LPC线性预测编码 :LPC
编码
解码
重建时 间连续 信号
模拟语 IP语音网络通信 IP音信宿 语音网络通信
语音编码技术
抽样－时间离散化
x(t) (V)
t (s)
Ts
2T s
3T s
4T s
5T s
6T s
7Ts
8T
9 T s 10 T s 11 T s 12 T s 13 T s 14 T s 15 T s 16 T s
q
x ( n) = G ⋅ u ( n) + ∑ ak x ( n − k )
k =1
IP语音网络通信 IP语音网络通信
语音编码技术
LPC-10编码器 LPC-10编码器
美国确定LPC-10作为2.4kb/s速率上的推荐编码形式， 美国确定LPC-10作为2.4kb/s速率上的推荐编码形式， LPC 作为2.4kb/s速率上的推荐编码形式 用于第三代保密电话中。（简单的一阶线性预测器， 用于第三代保密电话中。（简单的一阶线性预测器，信 。（简单的一阶线性预测器 噪比改善6dB，但级数增加改善速度变缓，十阶以上也 噪比改善6dB，但级数增加改善速度变缓， 6dB 只有12dB 只有12dB ） 在其发送端，原始语音信号采用8kHz采样， 8kHz采样 在其发送端，原始语音信号采用8kHz采样，然后每 180个采样值分为一帧（22.5ms）， ），提取语音特征参数 180个采样值分为一帧（22.5ms），提取语音特征参数 个采样值分为一帧 并加以编码传送。每帧总共编码为54bits， 并加以编码传送。每帧总共编码为54bits，每秒传输 54bits 44.4帧 因此总传输速率为2.4kb/s 2.4kb/s。 44.4帧，因此总传输速率为2.4kb/s。