移動通信中的語音編碼技術

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1、2021/7/15語音編碼技術2021/7/15學習目標學習完本課程，您應該能夠：掌握語音編碼的基本概念掌握語音編碼的分類及原理了解語音編碼質量的評定了解常用的語音編碼算法2021/7/15課程內容第一節(jié)語音編碼技術介紹第二節(jié)移動通信系統(tǒng)中的語音編碼技術2021/7/15第一節(jié)語音編碼技術介紹語音編碼技術介紹波形編碼技術參數(shù)編碼技術混合編碼語音編碼質量的評定2021/7/15語音編碼技術介紹信源編碼是指利用信源的統(tǒng)計特性，解除信源的相關性，去掉信源多余的冗余信息，以達到壓縮信源信息率，提高系統(tǒng)有效性的目的。語音編碼為信源編碼，語音信號是模擬信號，語音的編解碼就是將語音的模擬信號

2、轉換為二進制數(shù)字信號，到了接收端，再將收到的數(shù)字信號還原為模擬語音，同時語音編碼的作用還有減少信源冗余、解除信源相關性，壓縮話音碼率、提高信源有效性語音編碼技術有波形編碼、參數(shù)編碼和介于兩者之間的混合編碼三大類，下面簡單介紹這三類編碼技術。2021/7/15第一節(jié)語音編碼技術介紹語音編碼技術介紹波形編碼技術參數(shù)編碼技術混合編碼語音編碼質量的評定2021/7/15波形編碼技術波形編碼技術是通過對語音波形進行采樣、量化，然后用二進制碼表示出來。波形編碼的基本原理是在時間軸上對模擬語音按一定的速率抽樣，然后將幅度樣本分層量化，并用代碼表示。解碼是其反過程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)過解碼和濾

3、波恢復成模擬信號。由于這種編碼系統(tǒng)保持了信號原始樣值的細節(jié)變化，從而保留了信號的各種過渡特征，所以波形編碼的語音質量一般較高。但是由于波形編碼沒有充分利用語音信號的冗余特性，使其壓縮比不大，造成只有在較高速率上才能得到滿意的語音質量，當編碼速率降低到16Kbps以下時，編碼語音質量將迅速下降。脈沖編碼調制（PCM）和增量調制（ΔM），以及它們的各種改進型自適應增量調制（ADM）、自適應差分編碼（ADPCM）等，都屬于波形編碼技術。2021/7/15第一節(jié)語音編碼技術介紹語音編碼技術介紹波形編碼技術參數(shù)編碼技術混合編碼語音編碼質量的評定2021/7/15參數(shù)編碼技術參數(shù)編碼技術利

4、用人的發(fā)聲機制，僅傳送反映話音波形產生的主要變化參量（主要是指表征聲門振動的激勵參數(shù)和表征聲道特性的聲道參數(shù)），在接收端根據(jù)發(fā)聲機制，由傳送來的變化參量人工合成話音。參量編碼是通過對語音信號特征參數(shù)的提取和編碼，力圖使重建語音信號具有盡可能高的可靠性，即保持原語音的語意，但重建信號的波形同原語音信號的波形可能會有相當大的差別。這種編碼技術可實現(xiàn)低速率語音編碼，比特率可壓縮到2～4.8Kbps，甚至更低，但語音質量只能達到中等，特別是自然度較低，連熟人都不一定能聽出講話人是誰。線性預測編碼（LPC）及其他各種改進型都屬于參量編碼。2021/7/15第一節(jié)語音編碼技術介紹語音編碼技

5、術介紹波形編碼技術參數(shù)編碼技術混合編碼語音編碼質量的評定2021/7/15混合編碼混合編碼是波形編碼和參數(shù)編碼兩種系統(tǒng)優(yōu)點的結合：既利用了語音生成模型，通過對模型中的參數(shù)進行編碼，減少了波形編碼對象的動態(tài)范圍或者數(shù)目，又使得編碼的過程產生接近原始語音波形的合成語音，以保留語音的各種自然特征，提高了合成語音的質量。利用混合編碼技術能夠在4-16Kbps速率上能夠得到高質量的合成語音。多脈沖激勵線性預測編碼（MPLPC），規(guī)劃脈沖激勵線性預測編碼（KPELPC），碼本激勵線性預測編碼（CELP）等都是屬于混合編碼技術。很顯然，混合編碼是適合于數(shù)字移動通信的語音編碼技術。2021/7

6、/15第一節(jié)語音編碼技術介紹語音編碼技術介紹波形編碼技術參數(shù)編碼技術混合編碼語音編碼質量的評定2021/7/15語音編碼質量的評定如何評價語音編碼質量也成為語音編碼領域所研究的一個重要課題。對此多年來人們提出了許多方法，歸納起來大致可分為兩類，即客觀評定方法和主觀評定方法?？陀^評定方法用客觀測量的手段來評價語音編碼的質量，常用的方法有信噪比、加權信噪比、平均分段信噪比等。它們都是建立在度量均方誤差的基礎上，其特點是計算簡單，但不能完全反映人對語音質量的感覺。這個問題對于速率為16Kbit/s以下的中、低速率語音編碼尤為突出，因此主要適用于速率較高的波形編碼類型。主觀評定方法符合

7、人類聽話時對語音質量的感覺，因而目前得到廣泛應用。最主要的主觀評定方法是主觀評定等級（SubjectiveOpinionScale），或稱平均評定得分（MeanOpinionScore，縮寫MOS）。MOS得分采用五級評分標準，其方法是，由數(shù)十名試聽者在相同信道環(huán)境中試聽并給予評分，然后對評分進行統(tǒng)計處理，求出平均得分。2021/7/15主觀評定等級表質量等級分數(shù)收聽注意力等級優(yōu)5可完全放松，不需要注意力良4需要注意，但不需明顯集中注意力滿意（正常）3中等程度的注意力差2需要集中注意力劣1即