基于adpcm的語音編解碼設計[修訂(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 DPCM 編碼 的優越性。 接著 介紹 增量調制DM(delt modultion)及自適應增量調制 DM(dptive delt modultion)的原理與運用 ，二者比較得出 DM 更容易跟蹤信號變化快的的語言 ,最后闡述了 DPCM 的由來及主要原理。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 第 四 章： 確定 DPCM 實現 的總體設計框圖 ,以及 DPCM 編碼和解碼 實現過程 的設計流程圖 , 并采用 MTLB 軟件對 DPCM 編解碼系統的實現進行了仿 真 。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 , 伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 2 語音 信號脈沖編碼基本理論 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 當 前 最主要 的 通信業務有電話 、 圖像 (傳真 、 電視 )等 ,它們 都是 時間 上 和幅度上連續的模擬信號 ,如果 要 想 實現數字化 的 傳輸和交換 ,則 首先 要做的就是 把模擬信號變 化 成數字信號 ， 電話信號數字化 一般被 稱為語音編碼 ,而 圖像信號數字化 就 被 稱為圖像編碼 。 雖然 兩 者各有 各的 特點 ,但 兩者 的 編碼原理基本 上 仍然是 一致 的 。 而 當前 的 通信網中 很多 業務 基本上 都是 電話業務 ,因此 語音編碼 將為本章討論 的 重點 。 可以說 這些理論對任何模擬信號數字化的實現過程都是適用的 ，其 不失一般意義 。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速 發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 依照 語音的特點 ,通常 把語音編碼方法分為 波形編碼 和 參量編碼 ， 波形編碼是指 對信號的波形進行編碼 ,它 具有較高重建信號質量 的 能力 。 參量編碼 則是通過 提取語音信號的一些特征參量 ,從而 對其進行編碼 ,它的 特點是碼速率 較 低 ,但其 語音質量 要 較波形編碼差一些 。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代 的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 波形編碼 的 質量 比 較高 ,通常 在 300～ 3400Hz 話路通道中傳輸模擬信號 (例如模擬數據信號 、 電話信號 、傳真信號 及各種隨路信令信號等 )在數字化以后 ,仍 然可以 達到 原來的質量容限 。 這一 特 點 是 通信網 由 模擬 轉換 為 數字過渡過程中極其 重要的 一點 。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 根據語音的特性，通常分為波形編碼和參數編碼類型的 兩類 語音編碼方法，波形編碼，用于編碼的信號波形，它具有更高的能力來重建信號的質量。參數編碼是通過提取語音信號的參數的一些特點，從而編碼，它的特點是較低的比特率，但不如波形編碼的語音質量。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕 煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 波形編碼質量是比較高的，通常會在通道 300? 3400Hz 傳輸 各種 模擬信號（如模擬數據信號，電話信號，傳真信號，與信道相關信令的各種信號）后的數字仍實現其原來的質量寬容。的通信網絡，其特征在于由模擬到數字的轉換是非常重要的。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模 集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 語音信號 有很多 波形編碼方法 ,例 如脈沖編碼調制 （ PCM） 、 自適應增量調制(DM)、 自適應差值脈沖編碼調制 (DPCM)、 子帶編碼 (SBC)、 矢量編碼 （ VQC:Vector Quntittion Coding） 等 。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率 要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 為對語音進行 DPCM 編碼譯碼系統提供理論依據 ， 下面主要介紹編碼的 一些基本理論 。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編 解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 語音信號壓縮的基本原理 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 1. 1 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路 設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 在數字通信中，語音信號被編碼為二進制數字序列，通過信道傳輸或存儲，在經過解碼后恢復為可懂的語音。將語音信號編碼為二進制數字序列后再經傳輸或儲存有其獨特的優點。例如，可擺脫傳輸或存儲中噪聲的干擾。模擬傳輸信道的噪聲總是要使語音信號發生畸變，而數字通信只要有足夠的通信站，就能排除所有噪聲的影響；另一方面，磁帶錄音機存儲模擬信號時要受磁帶噪聲和其他噪聲的影響，而采用計算機存儲數字語音信號時，惟一的失真來自模數轉換前的低通濾波 。另外，數字編碼的信號還便于處理和加密、再生與轉發，也可與其他信號復用一個信道，設備便于集成等。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連 歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 最簡單的語音編碼方法是對其直接進行模 /數變換；只要 其 取樣率足夠高，量化 每個樣本的比特數足夠 大 ， 那么就能 保證解碼恢復的語音信號有 非常 好的音質， 而且也 不會丟失有用信息。 可是 對語音信號直接 進行 數字化 其 所需數碼率太高， 比 如普通電話通信中采用 8KHZ 取樣率，如用 12bit 進行量化，則數碼率為96kbit/s，這樣大的數碼率即使對很大容量的傳輸信道也是難以承受的。而語音信號用 PCM 編碼后，數碼率為 64kbit/s,不進行壓縮很難用調制解調器在電話線路上傳輸 ，所以必須進行壓縮編碼。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 對語音進行編壓縮碼的基本依據有兩個。一是，從產生的物理機理和語音結構的性質來看，語音 信號中存在較大的冗余度。從信息保持的角度講，只有當信源本身具有冗余度，才能對其進行壓縮。語音壓縮實質上就是識別語音中的冗余度并設法去除掉它們。冗余度最主要部分可以分別從時域或頻域來考慮，歸納起來有以下幾個方面： 1，語音信號樣本間的相關性很強，即其短時譜不平坦。 2，濁音語音段具有準周期性。 3，聲道的形狀及其變化比較慢。 4，傳輸碼值的概率分布是非均勻的。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編 解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 語音編碼的第二個依據是利用人類聽覺的某些特性。人耳聽不到或感知不靈敏的語音分量可視為冗余（這種冗余可看作為主觀上的冗余），所以可以利用人耳感知模型，去除掉人耳感覺不靈敏的語音分量，而重構后的語音質量不明顯下降。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的 背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 總之，利用冗余度或者是聽覺上的制約，可以壓縮表示語音信號的必要信息，從而可降低傳輸速率或存儲容量。 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義 隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 下面給出脈沖編碼的基本框圖： 基于 DPCM的語音編解碼設計 311 緒論 課題研究的背景和意義隨著社會時代的發展 ,人類迅速進入信息時代 ,對于各種資源的利用率要求越來越高 ,從而 推動了語音編解碼技術的飛躍發展。與此同時 ,伴隨著微電子技術的快速發展 ,以及超大規模集成電路設計技術的不斷完善 ,使得語音編解碼技排懶據概墳皺完戲被隊靈跋廠糾兩額蕊狼腫鏡酮賞茅縣郎嘻瞧描虧杭惑拄連歹磕煌贈狹從剝宏浴懦溝據挨績振佃泵尊弗禱陛犬神怨跋助椒吁佩靖訛 取樣 量化 編碼模擬語音信號輸入 數字語音信號輸出 圖 1 模擬脈沖編碼框圖 基于 DPCM的語音編解碼設