基于ADPCM的语音信号编解码

基于ADPCM的语音信号编解码

班级：电子与通信工程

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目录

一、语音压缩编码简介 .................................................................................................- 2 -

1.1 语音压缩技术的现状及发展方向........................................................................- 2 -

1.2 语音压缩编码分类................................................................................................- 2 -

1.3 语音信号压缩的基本原理....................................................................................- 2 -

1.4 语音压缩编码性能的评价指标............................................................................- 3 -

二、G.721编码及算法实现 ................................................................................................- 4 -

2.1自适应差分脉冲编码调制ADPCM .......................................................................- 4 -

2.2 G.721各部分算法介绍 ..........................................................................................- 5 -

三、仿真结果.......................................................................................................................- 9 -

四、分析与总结................................................................................................................ - 11 -

五、仿真程序.................................................................................................................... - 12 -

六、参考文献.................................................................................................................... - 15 -

摘要

自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）是运用了自适应技术、脉冲编码调制、差值调制技术，对PCM（脉冲编码调制）语音信号进行再压缩。本报告从ADPCM编码基础理论出发，基于对G721标准的分析和理解，对语音压缩编码算法进行了仿真，包括了一下几个模块，自适应预测，快速非锁定因子的计算，单频信号的判定，窄带信号瞬变判定，自适应速度控制，量化矩阵自适应因子的计算，自适应量化编码，自适应逆量化，量化器标度因子自适应的选取，速度控制。然后，实现了一个ADPCM的编码器程序。最后，基于对编码器的研究，进行了解码输出的仿真。

一、语音压缩编码简介

语音信号的数字化传输一直是通信发展的主要方向之一，语音的数字通信和模拟通信相比，无疑具有更好的效率和性能，这主要体现在：具有更好的语音质量：具有更强的抗干扰性，并易于进行加密；可节省带宽，能够更有效的利用网络资源；更加易于存储和处理。最简单的数字化方法是直接对语音信号进行模数转换，只要满足一定的采样率和量化要求，就能够得到高质量的数字语音，但这时语音的数据量仍旧很大，因此在进行传输和存储之前，往往要对其进行压缩处理，以减少其传输码率或存储量，即进行压缩编码。传输码率也称为数码率或编码速率，表示每秒传输语音信号所需的比特数。

1.1 语音压缩技术的现状及发展方向

语音压缩编码技术的发展是十分迅速的，CELP的编码速率较低，但复杂度较高，可以在4.8kb/s左右的码速率上获得较高质量的语音，是当今中低速率语音编码技术的主流技术之一，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。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的方法，使CELP在实践中得到广泛应用。随着DSP技术的发展，CELP技术还具有一定的潜力，例如将G.729扩展到6.4kb/s，用于TDMA/CDMA移动无线系统和DCME。目前，语音压缩编码技术主要有两个努力方向：一个是中低速率的语音编码的实用化，及如何使用化过程中进一步减低编码速率和提高其抗干扰、抗噪声能力；另一个是如何进一步的降低其编码速率，目前已能在5kb/s-6kb/s的速率上获得高质量的重建语音，下一个目标则是要在4kb/s的速率上获得短延时、高质量的重建语音。特别是对中长延时编码，人们正在研究其更低速率（如400b/s-1200b/s）的编码算法，在这个过程中当编码速率降至2.4kb/s速率以下时，CELP算法即使应用更高效的量化技术也无法达到预期的指标，需要其它一些更符合低速率编码要求的算法，目前比较好的算法还有正弦变换编码（STC）、混合激励线性预测编码（MELPC）、时频域插值编码（TFI）、基音同步激励线性预测编码（PSELP）等，同时还要求引入新的分析技术，如非线性预测、多精度时频分析技术（包括子波变换技术）、高阶统计分析技术等，这些技术更能挖掘人耳听觉掩蔽等感知机理，更能以类似人耳的特性作语音的分析与合成，使语音编码系统更接近于人类听觉器官的处理方式工作，从而在低速率语音编码的研究上取得突破。

1.2 语音压缩编码分类

语音编码按编码方式分为3类：波形编码、参数编码、混合编码。波形编码是将时间域或变换域信号直接变换为数字信号，力求使重建语音波形保持原始语音信号的波形形状。参数编码又称声码器编码，它是将信源信号在频域或其他变换域提取特征参数，然后对这些特征参数重建语音信号。混合编码将波形编码和参数编码结合起来，克服了波形编码和参数编码的缺点，吸收了它们的长处，能够在低速率上得到高质量的合成语音。

1.3 语音信号压缩的基本原理

在数字通信中，语音信号被编码为二进制数字序列，通过信道传输或存储，在经过解码