矢量量化與語(yǔ)音信號(hào)處理.ppt

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1、第七章矢量量化技術(shù)(vectorquantizationVQ)§7.1概述§7.2矢量量化的基本原理§7.3矢量量化的失真測(cè)度§7.4矢量量化的最佳碼本設(shè)計(jì)§7.1概述一、矢量量化的應(yīng)用二、標(biāo)量量化和矢量量化的區(qū)別矢量量化技術(shù)技術(shù)是一種數(shù)據(jù)壓縮和編碼技術(shù)，矢量量化壓縮技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，如軍事部門(mén)和氣象部門(mén)的衛(wèi)星(或航天飛機(jī))遙感照片的壓縮編碼和實(shí)時(shí)傳輸、雷達(dá)圖像和軍用地圖的存儲(chǔ)與傳輸、數(shù)字電視和DVD的視頻壓縮、醫(yī)學(xué)圖像的壓縮與存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試數(shù)據(jù)的壓縮和傳輸、語(yǔ)音編碼、圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別等等。一、矢量量化的應(yīng)用整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍被分成若干個(gè)小區(qū)間，每個(gè)小區(qū)間有一個(gè)代表值，

2、量化時(shí)落入小區(qū)間的信號(hào)值就用這個(gè)代表值代替，或者叫被量化為這個(gè)代表值。這時(shí)的信號(hào)量是一維的，所以稱(chēng)為標(biāo)量量化。二、標(biāo)量量化和矢量量化的區(qū)別采樣量化xa(t)xa(nT)x(n)xa1x1xkxakxak+1xk+1xLxaLxaL+1x(n)=Q[xa(nT)]。?1.標(biāo)量量化：2?-?-2??2?標(biāo)量量化1-dimensionalVQisshownbelow:2.矢量量化：若干個(gè)標(biāo)量數(shù)據(jù)組成一個(gè)矢量，矢量量化是對(duì)矢量進(jìn)行量化，和標(biāo)量量化一樣，它把矢量空間分成若干個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域?qū)ふ乙粋€(gè)代表矢量，量化時(shí)落入小區(qū)域的矢量就用這個(gè)代表矢量代替，或者叫著被量化為這個(gè)代表矢量。

3、例如，所有可能的二維矢量就構(gòu)成了一個(gè)平面，將平面分成7個(gè)小區(qū)域。Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7x1x2Yi（x1i,x2i）假設(shè)聲道濾波器傳輸函數(shù)用4個(gè)系數(shù)來(lái)描述，而且，又假設(shè)聲道只能為4個(gè)可能的形狀之一。這意味著只存在4組可能的聲道濾波器傳輸函數(shù)?，F(xiàn)在考慮對(duì)每一個(gè)濾波器系數(shù)單獨(dú)進(jìn)行標(biāo)量量化，需要2bit，每一分析幀需要8個(gè)比特來(lái)進(jìn)行編碼。3、舉例說(shuō)明標(biāo)量量化與矢量量化的區(qū)別如果我們知道只有4種可能的聲道形狀，與4個(gè)可能的聲道濾波器系數(shù)組成的矢量相對(duì)應(yīng)，若某一個(gè)濾波器系數(shù)知道了，其它系數(shù)就知道了，也就是矢量中的標(biāo)量值之間是高度相關(guān)的，在這種情況下，一個(gè)分析幀，只需要一個(gè)2bi

4、ts對(duì)4個(gè)濾波器系數(shù)進(jìn)行編碼，這樣降低了所需的比特?cái)?shù)。矢量量化就是利用數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性來(lái)降低所需的比特率?！?.2矢量量化的基本原理一、矢量量化的基本原理二、矢量量化在語(yǔ)音通信中的應(yīng)用三、矢量量化在語(yǔ)音識(shí)別中的應(yīng)用四、矢量量化的關(guān)鍵之處1.基礎(chǔ)知識(shí)一、矢量量化的基本原理若干個(gè)標(biāo)量數(shù)據(jù)組成一個(gè)矢量，標(biāo)量的個(gè)數(shù)就為矢量的維數(shù)。如語(yǔ)音信號(hào)某一幀中提取的聲道參數(shù)，共P個(gè),Xi={ai1,ai2,…,aiP}。則Xi是一個(gè)P維矢量。設(shè)共有N個(gè)P維矢量X={X1,X2,…,XN},其中第i個(gè)矢量為Xi，i=1,2,…N。類(lèi)比過(guò)來(lái)，N個(gè)語(yǔ)音幀，每幀中共有P個(gè)聲道參數(shù)，共組成N個(gè)P維矢量。

5、a11,a12,…,a1KaN1,aN2,…,aNK第1幀第N幀X1=a11,a12,…,a1PX2=a21,a22,….,a2PXN=aN1,aN2,….,aNPN個(gè)矢量，每個(gè)矢量的維數(shù)為P第一幀第二幀第N幀將一個(gè)P維隨機(jī)矢量映射成另一個(gè)離散取值的實(shí)P維矢量的過(guò)程。所有P維矢量構(gòu)成了一個(gè)空間為RP，無(wú)遺漏地劃分成J個(gè)互不相交的子空間R1,R2…RJ,將Rj稱(chēng)為胞腔。在每一個(gè)子空間Rj找一代表矢量Yj，則J個(gè)代表矢量可以組成矢量集為：Y={Y1,Y2,…,YJ}構(gòu)成了一個(gè)矢量量化器，Y叫著碼本，J稱(chēng)為碼本長(zhǎng)度,Yj稱(chēng)為碼字，有：Yj={yj1,yj2,…,yjP}，j=1,

6、2,…J。2.矢量空間的劃分舉例以P=2為例來(lái)說(shuō)明。當(dāng)P=2時(shí)，所得到的是二維矢量。所有可能的二維矢量就構(gòu)成了一個(gè)平面。第i個(gè)二維矢量記為：Xi={xi1,xi2}。先把這個(gè)平面劃分成J塊互不相交的子區(qū)域，從每個(gè)子區(qū)域中找出一個(gè)代表矢量。如J=7。Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7x1x2碼本Y={Y1,Y2,…,YJ}碼本長(zhǎng)度J=7碼字Yj={xj1,xj2}，j=1,2,…J維數(shù)為P，碼本長(zhǎng)度為J的矢量量化器Q定義：為從P維歐幾里德空間RP到一包含J個(gè)輸出(重構(gòu))點(diǎn)的有限集合C的映射，Q：RP→C，其中C={y1,y2,…,yJ}yiRP，i＝1,…,J集合C稱(chēng)作碼本或碼書(shū)，

7、碼本長(zhǎng)度為J。碼本的J個(gè)元素稱(chēng)作碼字或碼矢量，它們均為RP中的矢量，P維矢量。矢量量化器定義：Anexampleofa2-dimensionalVQisshownbelow:當(dāng)給矢量量化器輸入一個(gè)任意矢量Xi進(jìn)行矢量量化時(shí)，矢量量化器首先判斷它屬于那個(gè)子空間，然后輸出該子空間的代表矢量Yj。矢量量化過(guò)程就是用Yj代替Xi的過(guò)程。Yj＝Q(Xi)1?j?J1?i?N3.矢量量化的過(guò)程矢量量化器XiYj當(dāng)給矢量量化器輸入一個(gè)任意矢量Xi進(jìn)行矢量量化時(shí)，矢量量化器首先判斷它屬于那個(gè)子空間，如何判斷就是要依據(jù)一定的規(guī)則，選