語(yǔ)音編碼技術(shù)與在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、多媒體技術(shù)基礎(chǔ)期末論文題目：語(yǔ)音壓縮編碼及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用專業(yè)：通信工程姓名：張嫻學(xué)號(hào)：123071304492016年5月24日在現(xiàn)代通信中，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，圖像、數(shù)據(jù)等非話音信息在通信信息總量中所占的比例大大提高，而且這種提高的趨勢(shì)仍然會(huì)繼續(xù)下去。比如說(shuō)，以前的手機(jī)基本上只可以打電話，發(fā)短信，不能接收文件，不能觀看視頻，但是現(xiàn)在的3G手機(jī)甚至4G手機(jī)，可以看視頻，接發(fā)文件，還有很多的應(yīng)用軟件。語(yǔ)音信號(hào)所占的傳輸比例的確是大大減小。但是，到目前為止，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中，傳輸最多的信息仍然是語(yǔ)音信號(hào)。比如說(shuō)我們經(jīng)常打電話，用語(yǔ)音發(fā)微信，聽(tīng)音樂(lè)，看視

2、頻等等。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)通信中，盡管語(yǔ)音信號(hào)在通信信息總量中所占的比例會(huì)有所下降，但仍然會(huì)是傳輸最多的信息。語(yǔ)音信號(hào)是模擬信號(hào)，不能直接在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，必須先進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換就稱為語(yǔ)音編譯碼（簡(jiǎn)稱語(yǔ)音編碼），其作用是將語(yǔ)音模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，到了接收端，再將收到的語(yǔ)音數(shù)字信號(hào)還原為語(yǔ)音模擬信號(hào)?？梢?jiàn)，語(yǔ)音編碼技術(shù)在數(shù)字通信中具有十分重要的作用，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，信號(hào)的數(shù)字處理、數(shù)字傳輸和數(shù)字存儲(chǔ)日益顯示出巨大的優(yōu)越性。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大到各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，滲透到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)

3、生活的各個(gè)方面。因此，盡量減少信號(hào)占有帶寬、持續(xù)時(shí)間和存儲(chǔ)容積，以節(jié)省信號(hào)在傳輸、處理和存儲(chǔ)中的開(kāi)銷，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所以，語(yǔ)音編碼技術(shù)，尤其是語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)（編碼速率在16kbit/s以下），近年來(lái)受到人們的廣泛關(guān)注和重視，有著極為迫切的客觀需求。正是在這種強(qiáng)大的客觀需求推動(dòng)下，近二十幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及編碼理論的發(fā)展和進(jìn)步，語(yǔ)音編碼技術(shù)取得了許多突破性的進(jìn)展，提出了許多新的編碼技術(shù)和算法，并迅速得到了廣泛應(yīng)用。由于各種通信網(wǎng)絡(luò)工作的環(huán)境各不相同，傳輸信息也不完全一樣，用戶情況更是千差萬(wàn)別，因而對(duì)語(yǔ)音編碼提出的要求也就不

4、盡相同。綜合各種通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)語(yǔ)音編碼的共同要求，大致有幾下幾點(diǎn)。（1）編碼速率要適合在常用話音信道內(nèi)傳輸，一般要求編碼速率在2kbit/s到16kbit/s之間。（2）在一定的編碼速率下，語(yǔ)音質(zhì)量要盡可能高，即譯碼后的恢復(fù)語(yǔ)音的保真度要盡量高。（3）編譯碼時(shí)延要小?？倳r(shí)延一般要求不大于65ms。（4）編譯碼算法復(fù)雜度不能太大，以適用于大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。（5）堅(jiān)韌性好，有較好的抗誤碼性能。然而上述這些要求之間往往又是互相矛盾的。例如，為了使語(yǔ)音質(zhì)量好，編碼速率就應(yīng)該要高一些，但這又會(huì)使其占用的信道帶寬增大，信道帶寬是有限的，編碼速率過(guò)高就不能在信道內(nèi)傳輸。因此，

5、在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況綜合分析和比較，在各個(gè)要求之間進(jìn)行一定的折衷，選擇最佳的編碼方案。目前語(yǔ)音編碼已獲得非常廣泛的應(yīng)用，語(yǔ)音編碼系統(tǒng)的構(gòu)成也多種多樣。歸納起來(lái)可以分為兩大類：第一類，編碼—存儲(chǔ)—回放系統(tǒng)，又稱為數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)，例如發(fā)聲字典；第二類，編碼—傳輸—譯碼系統(tǒng)，又稱為數(shù)字電話通信系統(tǒng)。下圖分別畫(huà)出了這兩種語(yǔ)音編碼系統(tǒng)的原理方框圖。語(yǔ)音譯碼器數(shù)字存儲(chǔ)媒介語(yǔ)音編碼器輸入輸出語(yǔ)音語(yǔ)音數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)原理方框圖調(diào)制器信道編碼器語(yǔ)音編碼器輸入語(yǔ)音傳輸設(shè)備及信道解調(diào)器信道譯碼器語(yǔ)音譯碼器輸出語(yǔ)音數(shù)字電話通信系統(tǒng)原理方框圖數(shù)字語(yǔ)音錄放系統(tǒng)與模擬語(yǔ)音錄放系統(tǒng)相

6、比，具有靈活性高、可控性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等有點(diǎn)。在這類語(yǔ)音編碼系統(tǒng)中，對(duì)編碼實(shí)時(shí)性要求不高，但要求有較高的數(shù)據(jù)壓縮率，以降低數(shù)字存儲(chǔ)的容量。對(duì)譯碼器則要求算法盡量簡(jiǎn)單，成本盡量低，能夠?qū)崟r(shí)譯碼或基本實(shí)時(shí)譯碼，以減少響應(yīng)時(shí)延。數(shù)字電話通信系統(tǒng)與模擬電話通信系統(tǒng)相比，具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、易于集成化等優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)字電話通信系統(tǒng)中，一般都要求實(shí)時(shí)編碼和譯碼，同時(shí)對(duì)算法復(fù)雜度、抗誤碼能力等都有一定要求。語(yǔ)音編碼按照傳統(tǒng)的分類方法通常分為3類：波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。波形編碼是最基本的語(yǔ)音編碼方式，也是最早提出和實(shí)現(xiàn)的編碼技術(shù)，應(yīng)用很廣。它將時(shí)間或頻域（或變換域）信

7、號(hào)直接變換成數(shù)字信號(hào)，力求使重建語(yǔ)音波形保持原始語(yǔ)音信號(hào)的波形形狀。具有語(yǔ)音質(zhì)量好、抗干擾性能強(qiáng)等有點(diǎn)。其缺點(diǎn)是所需用的編碼速率高，一般在16kbit/s到64kbit/s之間。波形編碼當(dāng)其編碼速率進(jìn)一步降低時(shí)，其語(yǔ)音質(zhì)量等性能指標(biāo)下降很快，但是若編碼速率過(guò)高，又會(huì)使占用的信道帶寬增大。參數(shù)編碼又稱為聲源編碼或聲碼器，有時(shí)還稱分析—綜合編碼，它將信源信號(hào)在頻域或其他變換域提取特征參數(shù)，然后對(duì)這些特征參數(shù)進(jìn)行編碼和傳輸，在譯碼端再將收到的數(shù)字信號(hào)譯成特征參數(shù)，根據(jù)這些特征參數(shù)重建語(yǔ)音信號(hào)。參數(shù)編碼通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)特征參數(shù)的提取和編碼，力求使重建語(yǔ)音信號(hào)具有盡可能高

8、的可懂度，即保持原語(yǔ)音信號(hào)的語(yǔ)意，但重