编码技术

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(2)非均匀量化
· 为了使量化信噪比与信号电平无关, 量化电平分布应采用对数形式。
· 采用对数压缩量化,可实现对信号幅 度的不敏感性。
· 可以证明在一定条件下,对数量化的
信噪比为
SNR
1
2 e
(3-9)
· 考虑到
2 e
2
12
(3-10)
· 通常使用的压缩特性有两种:μ律和A 律。
① μ律压缩特性
· 实验表明,对于语音信号而言,若 足
够小,上述统计模型是成立的。
· 在这个模型下,可将噪声对信号的强度 比与量化器参数联系起来。
· 量化信噪比定义为
SNR
2 x 2 e
E x2 (n) E e2 (n)
x2 (n)
n
e2 (n)
(3-5)
n
· 可以证明
3 4B SNR
X max / x 2
· 和B的选择应使量化值能覆盖输入样本 的幅度范围。
· 若 | x(n) |≤ Xmax ,并且假设x(n)的概率 密度函数是对称的,则应有
2 X max 2B
(3-2)
· 量化过程必然引入量化误差,在讨论 量化效应时,量化误差是很重要的。
· 量化后抽样值可表示为
xˆ(n) x(n) e(n)
ln A
A
0 ≤ x(n) ≤ X max A
(3-14)
X max A

x(n)

X max
· 这里,参数A的物理意义同样为最大 量化阶距与最小量化阶距之比
A A max A min
(3-15)
3.脉冲编码调制(PCM)
· PCM的优点是技术简单、无时延,对 语音信号和其他类型信号都能可靠地编码 传输。
· 一般语音信号的带宽为300~3 400Hz,编 码时通常采用的抽样速率为 fs 8 000Hz ,如 果采用8比特量化,则单路语音编码的比特速 率为64kbit/s。
· 每个样值用8比特代码表示,即 [b1][b2b3b4][b5b6b7b8]。
· 值,码0代字表分正为值3部。分:b1为符号位,1代表负
· 混合编码是近年来提出的一类新的语
音编码技术,它将波形编码和参量编码结 合起来,力图保持波形编码的高质量的优 点以及参量编码的低速率的优点。
· 要实现低速、高质量的语音编码,必 须采用信息压缩技术。
· 在语音编码技术中,对语音质量的评 价是一个重要问题。
3.2.2 语音编码技术的进展与现状
· 波形编码的改进主要有自适应差分PCM (Adaptive Differential PCM,ADPCM)、 子带编码(Sub-Band Coding,SBC)、自 适应变换编码(Adaptive Transform Coding, ATC ) 、 时 域 谐 波 压 扩 ( Time Domain Harmonic Scaling,TDHS)等。
1.时间量化和抽样定理
源自文库
2.幅度量化
(1)均匀量化
· 均匀量化的电平分层是等间隔的。
· 设量化器的输入信号为 xi ,输出为 ,
对于xˆi 均匀量化器有下述关系式
xˆi xˆi1
(3-1)
· 均匀量化器的两个参数为量化阶距和 电平数目。
· 若码字为B位二进制数,则电平数目 通常选择2B 。
x
(3-12)
· 在μ律压缩特性中,参数μ的物理意义 是最大量化阶距与最小量化阶距之比。
max min
(3-13)
② A律压缩特性
· A律采用两段近似方法,其表达式为
x(n)
y(n)
X max
A X max
1 ln A
X
max
1
x(n)
X max 1 ln
(3-3)
· 这里,e(n)为量化误差或量化噪声。
· 对于均匀量化,通常有
/ 2 ≤e(n) ≤ / 2
(3-4)
· 为便于研究量化噪声,采用一个量化噪 声的简单统计模型进行分析,其假设如下:
① 量化噪声是平稳的白噪声过程;
② 量化噪声与输入信号不相关;
③ 在各个量化分层中,量化噪声的分 布是均匀的。
· 波形编码的基本原理是在时间轴上对
模拟语音按一定的速率抽样,然后将幅度 样本分层量化,并用代码表示。
· 波形编码技术包括脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)和增量调制 (Delta Modulation,M)以及它们的各种 改进型。
· 参量编码,又称为声源编码,是将信源 信号在频率域或其他正交变换域提取特征参 量,并将其变换为数字代码进行传输。
· 输入信号x(n) 经μ律压缩后的输出信号 y(n)为
x(n)
y(n)
F
x(n)
X max
ln
1
ln 1
X max
sgn x(n)
(3-11)
· 可以证明,μ律量化的SNR公式为
SNR(dB)
6B
4.77
20 lg
ln(1
)
10 lg
1
X max
x
2
2
X max
(3-6)
· 用分贝表示为
SNR(dB)
6B
4.77
20lg
X max
x
(3-7)
· 考虑到语音信号幅度的特点,设 Xmax 4 x ,则有
SNR 6B 7.2
(3-8)
· 应该指出,式(3-8)成立的条件是:
量化噪声的简单统计模型成立;
量化阶距足够小;
量化器动态范围与信号峰-峰值相匹配, 即受到限幅的样值很少,整个范围均可利 用。
· 移动通信对数字语音编码的要求如下: 速率较低,纯编码速率应低于16kbit/s; 在一定编码速率下语音质量应尽可能高; 编解码时延应较短,控制在几十毫秒之内。
在强噪声环境中,算法应具有较好的 抗误码性能,以保持较高的语音质量;
算法复杂程度适中,应易于硬件及软 件实现。
3.2.3 语音波形编码
第3章 编码技术
3.1
概述
3.2
语音编码
3.3
信道编码
3.1 概述
· 信息传输的基本模型如图3-1所示。
3.2 语音编码
· 语音编码作为一种信源编码,是将模拟 语音信号变成数字信号以便在信道中传输。
3.2.1 语音编码的基本概念
· 语音编码技术可分为波形编码、参量 编码和混合编码等类型。
· 波形编码是将时间域信号直接变换为 数字代码,其目的是尽可能精确地再现原 始语音波形。
· 其值为[b20b~3b47]。称为段落码,代表段落s的号码,
· [b5b6b7b8]代表每个段落内均匀分层的位 置,其值为0~15。
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