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1、第第3章章 数字音频数字音频3.1 基本概念基本概念 3.2 音频信号数字化音频信号数字化 3.3 音频信号压缩编码音频信号压缩编码 3.4 语音压缩编码标准语音压缩编码标准 3.5 常见多媒体应用的语音编码器的选择常见多媒体应用的语音编码器的选择3.6 IP电话技术电话技术 距梭魁窄攘饼乌廉奢诡仁檬墅矮寐榆柬阶绝估骸戚胞柬榴窑根出阜谷猪使第3章 数字音频第3章 数字音频 3.1 基 本 概 念 1 1听觉掩蔽听觉掩蔽听觉掩蔽听觉掩蔽在在在在人人人人类类类类听听听听觉觉觉觉系系系系统统统统中中中中，一一一一个个个个声声声声音音音音的的的的存存存存在在在在会会会会影影影影响响响响人人人人们们们们
2、对对对对其其其其他他他他声声声声音音音音的的的的听听听听觉觉觉觉能能能能力力力力，使使使使一一一一个个个个声声声声音音音音在在在在听听听听觉觉觉觉上上上上掩掩掩掩蔽蔽蔽蔽了了了了另另另另一一一一个个个个声声声声音音音音，即即即即所所所所谓谓谓谓的的的的“掩掩掩掩蔽蔽蔽蔽效效效效应应应应”。2频谱掩蔽频谱掩蔽频频频频谱谱谱谱掩掩掩掩蔽蔽蔽蔽发发发发生生生生在在在在高高高高电电电电平平平平音音音音调调调调使使使使附附附附近近近近频频频频率率率率的的的的低低低低电电电电平平平平声声声声音音音音不不不不能能能能被被被被人人人人耳耳耳耳听听听听到到到到的的的的情情情情况况况况下下下下。当当当当频频频频率
3、率率率离离离离掩掩掩掩蔽音调越远时，掩蔽效应减弱的速度就越快。蔽音调越远时，掩蔽效应减弱的速度就越快。蔽音调越远时，掩蔽效应减弱的速度就越快。蔽音调越远时，掩蔽效应减弱的速度就越快。虑墅候厢丽瀑翌泪蚀塑民撩腿楷天舅浇汾涣耪脖冉客蹦杏伍担乌准桂眠鬃第3章 数字音频第3章 数字音频23 3 瞬态掩蔽瞬态掩蔽瞬态掩蔽瞬态掩蔽声声声声音音音音有有有有一一一一个个个个冲冲冲冲击击击击时时时时间间间间（即即即即幅幅幅幅值值值值随随随随时时时时间间间间推推推推移移移移而而而而增增增增大大大大的的的的时时时时间间间间段段段段）和和和和一一一一个个个个衰衰衰衰退退退退时时时时间间间间（即即即即幅幅幅幅值值值值随
4、随随随时时时时间间间间推推推推移移移移而而而而减减减减小小小小的的的的时时时时间间间间段段段段）。拨拨拨拨小小小小提提提提琴琴琴琴所所所所产产产产生生生生声声声声音音音音的的的的冲冲冲冲击击击击和和和和衰衰衰衰退退退退都都都都很很很很快快快快，而而而而拉拉拉拉小小小小提提提提琴琴琴琴所所所所产产产产生生生生声声声声音音音音的的的的冲冲冲冲击击击击和和和和衰衰衰衰退退退退都都都都很很很很慢慢慢慢。此此此此外外外外，在在在在冲冲冲冲击击击击前前前前和和和和衰衰衰衰退退退退后后后后，声声声声音音音音都都都都有有有有掩掩掩掩蔽蔽蔽蔽效效效效应应应应。前前前前掩掩掩掩蔽蔽蔽蔽时时时时间间间间为为为为50
5、50200 200 msms，而而而而后后后后掩掩掩掩蔽蔽蔽蔽时时时时间间间间约约约约为为为为该该该该范范范范围围围围的的的的1/101/10。弄褐伸揽尸凭弓指俊槐辟伎抛牲粹睬贰渭竿廷凳础绿攫近孪卷蛆哮宝度更第3章 数字音频第3章 数字音频3 4 4 失真失真失真失真失失失失真真真真是是是是用用用用得得得得非非非非常常常常广广广广泛泛泛泛的的的的概概概概念念念念，在在在在这这这这里里里里主主主主要要要要用用用用来来来来描描描描述述述述重重重重现现现现声声声声音音音音和和和和原原原原来来来来声声声声音音音音的的的的相相相相差差差差程程程程度度度度。而而而而表表表表示这种相差程度的方法有两种：示这
6、种相差程度的方法有两种：示这种相差程度的方法有两种：示这种相差程度的方法有两种：（1 1）失真的主观度量。失真的主观度量。失真的主观度量。失真的主观度量。失真的一个主观评价指标称为平均观点分失真的一个主观评价指标称为平均观点分失真的一个主观评价指标称为平均观点分失真的一个主观评价指标称为平均观点分(Mean Opinion Score(Mean Opinion Score，MOS)MOS)。听众根据系听众根据系听众根据系听众根据系统质量的好坏使用统质量的好坏使用统质量的好坏使用统质量的好坏使用NN分制给系统打分。分制给系统打分。分制给系统打分。分制给系统打分。例如，例如，例如，例如，在为在为在
7、为在为HDTVHDTV选择音频压缩方案时就使用了这种选择音频压缩方案时就使用了这种选择音频压缩方案时就使用了这种选择音频压缩方案时就使用了这种度量方法。度量方法。度量方法。度量方法。表表表表3.13.1-1 1给出了一种常见的给出了一种常见的给出了一种常见的给出了一种常见的5 5分制分制分制分制系统。系统。系统。系统。帛捶距滨夯辟镁咬戈僧缸迸理募拎雁巩志江罗罩辅锡绿颤遗夕屯村姓剁仑第3章 数字音频第3章 数字音频4表3.1-1 5分制平均观点分举例 平均观点分平均观点分平均观点分平均观点分 质量等级质量等级质量等级质量等级 主观感觉主观感觉主观感觉主观感觉 5 极好极好 觉察不到觉察不到 4
8、4 好好觉察得到不难听觉察得到不难听 3 3 一般一般 有点难听有点难听 2 2 差差差差难听，但不反感难听，但不反感 1 1 极差极差极差极差 难以忍受难以忍受晾韭驹抬箭皋钧仁茎竿烟毡课港仅贸窜适泉囱龟畴药串疵斧毗嘻辣煮姜推第3章 数字音频第3章 数字音频55 声道声道单声道单声道单声道单声道(Monophonic)(Monophonic)意味着单个声源，而立体意味着单个声源，而立体意味着单个声源，而立体意味着单个声源，而立体声并不表示有两个声源，立体声声并不表示有两个声源，立体声声并不表示有两个声源，立体声声并不表示有两个声源，立体声(Stereophonic)(Stereophonic)
9、指的是三维听觉效果。为了确指的是三维听觉效果。为了确指的是三维听觉效果。为了确指的是三维听觉效果。为了确定声源位置，大脑要将每个耳朵所听到声音的定声源位置，大脑要将每个耳朵所听到声音的定声源位置，大脑要将每个耳朵所听到声音的定声源位置，大脑要将每个耳朵所听到声音的三个属性进行比较，三个属性进行比较，三个属性进行比较，三个属性进行比较，这三个属性分别是：这三个属性分别是：这三个属性分别是：这三个属性分别是：（1 1）幅值幅值幅值幅值(Amplitude)(Amplitude)：如果左耳听到的声音如果左耳听到的声音如果左耳听到的声音如果左耳听到的声音比右耳的大，比右耳的大，比右耳的大，比右耳的大，
10、那么我们就认为声音在左边。那么我们就认为声音在左边。那么我们就认为声音在左边。那么我们就认为声音在左边。芒其急泄这袱凯浇晶柠棠湿意笔捣樊编伙牌样霹额箱呛肄暮顷爽剿掩的淬第3章 数字音频第3章 数字音频6（2）相相位位(Phase)：如如果果人人的的两两耳耳听听到到的的信信号号具具有有相相同同的的相相位位，那那么么大大脑脑就就认认为为声声音音在在中中部部；如如果果两两耳耳听听到到信信号号有有180的的相相位位差差，那么声音就不包含方向信息了。那么声音就不包含方向信息了。（3）时时序序(Timing)：声声音音的的传传播播速速度度为为1英英尺尺每每毫毫秒秒；如如果果声声音音到到达达右右耳耳的的时时
11、间间比比到到达达左耳的早，我们就认为声源就在右边。左耳的早，我们就认为声源就在右边。一一般般来来说说，如如果果听听众众所所处处的的位位置置刚刚好好是是两两个个声声源源（例例如如两两个个扬扬声声器器）的的中中轴轴线线上上，则则听听众就可以享受三维立体声的效果众就可以享受三维立体声的效果。魔走盐晰怪篱葛疆磋俏条殴装猫频习刑笺舔撩又保决孕碘哪宪棕腻剔邹愧第3章 数字音频第3章 数字音频7声声声声源源源源位位位位置置置置可可可可以以以以通通通通过过过过添添添添加加加加一一一一个个个个中中中中央央央央通通通通道道道道的的的的方方方方法法法法来来来来确确确确定定定定。为为为为此此此此，DolbyDolby
12、公公公公司司司司在在在在上上上上个个个个世世世世纪纪纪纪7070年年年年代代代代就就就就实实实实现现现现了了了了由由由由四四四四个个个个声声声声道道道道产产产产生生生生三三三三维维维维立立立立体体体体声声声声的的的的效效效效果果果果，这这这这四四四四个个个个声声声声道道道道分分分分别别别别是是是是：左左左左声声声声道道道道、右右右右声声声声道道道道、中中中中央央央央声声声声道道道道、环环环环绕绕绕绕声声声声道道道道。为为为为了了了了使使使使声声声声音音音音更更更更加加加加丰丰丰丰富富富富，现现现现在在在在的的的的立立立立体体体体声声声声剧剧剧剧院院院院（包包包包括括括括家家家家庭庭庭庭剧剧剧剧
13、院院院院）都都都都增增增增加加加加了了了了一一一一个超低音声道，个超低音声道，个超低音声道，个超低音声道，主要目的是增强低音。主要目的是增强低音。主要目的是增强低音。主要目的是增强低音。胃真袍婪蕉钱已渊湖逐倘坎箩服堕境钉韩直中还闭别巍眼俊驮涣诣厚辽痴第3章 数字音频第3章 数字音频8 3.2 音频信号数字化音频信号数字化 音频信息处理主要包括音频信号的数字化和音频音频信息处理主要包括音频信号的数字化和音频音频信息处理主要包括音频信号的数字化和音频音频信息处理主要包括音频信号的数字化和音频信息的压缩两大技术，信息的压缩两大技术，信息的压缩两大技术，信息的压缩两大技术，图图图图3.23.2-1 1
14、为音频信息处理为音频信息处理为音频信息处理为音频信息处理结构框图。结构框图。结构框图。结构框图。音频信号的数字化是为音频信息的压缩作准备的音频信号的数字化是为音频信息的压缩作准备的音频信号的数字化是为音频信息的压缩作准备的音频信号的数字化是为音频信息的压缩作准备的 音频信号的数字化过程就是将模拟音频信号转换音频信号的数字化过程就是将模拟音频信号转换音频信号的数字化过程就是将模拟音频信号转换音频信号的数字化过程就是将模拟音频信号转换成有限个数字表示的离散序列，即数字音频序列，成有限个数字表示的离散序列，即数字音频序列，成有限个数字表示的离散序列，即数字音频序列，成有限个数字表示的离散序列，即数字
15、音频序列，在这一处理过程中涉及到模拟音频信号的在这一处理过程中涉及到模拟音频信号的在这一处理过程中涉及到模拟音频信号的在这一处理过程中涉及到模拟音频信号的采样、采样、采样、采样、量化和编码量化和编码量化和编码量化和编码。移钻宏川彼铺款盾圆队棵纶亡捍垣拆肺梯淫庭木坠纂证溶崭河肺悦沉碰恩第3章 数字音频第3章 数字音频9图3.2-1 音频信息处理框图 垮霍笛吸莲抱砍甚盏腔俄戚嫉绦遗呢郸痈屁元饮邪墨冲滩谰减沃盾泅瞎触第3章 数字音频第3章 数字音频10(1)(1)采样过程。采样过程。采样过程。采样过程。模拟音频信号是一个在时间上和模拟音频信号是一个在时间上和模拟音频信号是一个在时间上和模拟音频信号是
16、一个在时间上和幅值上都连续的信号。幅值上都连续的信号。幅值上都连续的信号。幅值上都连续的信号。采样过程就是在时间上采样过程就是在时间上采样过程就是在时间上采样过程就是在时间上将连续信号离散化的过程，采样一般是按均匀的将连续信号离散化的过程，采样一般是按均匀的将连续信号离散化的过程，采样一般是按均匀的将连续信号离散化的过程，采样一般是按均匀的时间间隔进行的。时间间隔进行的。时间间隔进行的。时间间隔进行的。(2)(2)量量量量化化化化过过过过程程程程。量量量量化化化化过过过过程程程程是是是是指指指指将将将将每每每每个个个个采采采采样样样样值值值值在在在在幅幅幅幅度度度度上上上上再再再再进进进进行行
17、行行离离离离散散散散化化化化处处处处理理理理。量量量量化化化化可可可可分分分分为为为为均均均均匀匀匀匀量量量量化化化化（量量量量化化化化值值值值的的的的分分分分布布布布是是是是均均均均匀匀匀匀的的的的或或或或者者者者说说说说每每每每个个个个量量量量化化化化阶阶阶阶距距距距是是是是相相相相同同同同的的的的）和和和和非非非非均均均均匀匀匀匀量量量量化化化化。量量量量化化化化会会会会引引引引入入入入失失失失真真真真，并并并并且且且且量量量量化化化化失失失失真真真真是是是是一一一一种种种种不不不不可可可可逆逆逆逆失失失失真真真真，这这这这就就就就是是是是通通通通常常常常所所所所说说说说的的的的量化噪声
18、。量化噪声。量化噪声。量化噪声。(3)(3)编编编编码码码码过过过过程程程程。编编编编码码码码过过过过程程程程是是是是指指指指用用用用二二二二进进进进制制制制数数数数来来来来表表表表示示示示每每每每个个个个采采采采样样样样的的的的量量量量化化化化值值值值。如如如如果果果果量量量量化化化化是是是是均均均均匀匀匀匀的的的的，又又又又采采采采用用用用自自自自然然然然二二二二进进进进制制制制数数数数表表表表示示示示，这这这这种种种种编编编编码码码码方方方方法法法法就就就就是是是是脉脉脉脉冲冲冲冲编编编编码码码码调调调调制制制制(Pulse(Pulse Code Code ModulationModul
19、ation，PCMPCM），这这这这是是是是一种最简单、一种最简单、一种最简单、一种最简单、最方便的编码方法。最方便的编码方法。最方便的编码方法。最方便的编码方法。鞘岳慌津夹来扒党谍相撞桓祭橱摸假验僻风晾言组迷歧呐享盟财多丙蝗揪第3章 数字音频第3章 数字音频11 3.3 音频信号压缩编码 从从20世世纪纪30年年代代提提出出PCM（脉脉冲冲编编码码调调制制）原原理理以以及及声声码码器器的的概概念念以以来来，音音频频信信息息压压缩缩编编码码技技术术主主要要是是向向基基于于波波形形和和基基于于参参数数两两个个方方向向发发展展的的，从从这这个个角角度度出出发发，音音频频信信息息编编码码技技术术可可
20、分分为为三三类类：胳痉薛澳攀咽竿舞瘟阔赶磁贪匝涛比夺柔房运科亥熔丰院幅肮炽它培迪失第3章 数字音频第3章 数字音频12（1）波形编码。波形编码。这种方法主要基于语这种方法主要基于语音波形预测，它力图使重建的语音波形音波形预测，它力图使重建的语音波形保持原信号的波形状态。它的优点是编保持原信号的波形状态。它的优点是编码方法简单、易于实现、适应能力强、码方法简单、易于实现、适应能力强、语音质量好等，缺点是压缩比相对来说语音质量好等，缺点是压缩比相对来说较低，需要较高的编码速率。较低，需要较高的编码速率。常用的波形法编码有增量调制常用的波形法编码有增量调制(DM)、自、自适应差分脉冲编码调制（适应差
21、分脉冲编码调制（ADPCM）等等。）等等。咳貉咬剖聋填抚熄址撬华丽酋按系剪痛食距旭嚏盲藕蜜匪条源位奥喳猜啥第3章 数字音频第3章 数字音频13（2）参数编码。参数编码。这种方法主要基于参数这种方法主要基于参数的编码方法。的编码方法。与波形编码不同的是，与波形编码不同的是，这这类编码方法通过语音信号的数学模型对语类编码方法通过语音信号的数学模型对语音信号特征参数（主要是指表征声门振动音信号特征参数（主要是指表征声门振动的激励参数和表征声道特性的声道参数）的激励参数和表征声道特性的声道参数）进行提取及编码，力图使重建的语音信号进行提取及编码，力图使重建的语音信号尽可能保持原信号的语意，而重建的语音
22、尽可能保持原信号的语意，而重建的语音信号波形同原信号的波形可能会有较大的信号波形同原信号的波形可能会有较大的区别。区别。最常用的参数编码法为线性预测编最常用的参数编码法为线性预测编码（码（LPC）。）。娠尝雷袒梨陀让究琅傲那籽撩贰务狭春裤吠港腿冒露瘦字漆浇谭延扦裤耪第3章 数字音频第3章 数字音频14(3)混混合合编编码码。这这种种方方法法克克服服了了原原有有波波形形编编码码与与参参数数编编码码的的弱弱点点，并并且且结结合合了了波波形形编编码码的的高高质质量量和和参参数数编编码码的的低低数数据据率率，取取得得了了比比较较好好的的效效果果。混混合合编编码码是是指指同同时时使使用用两两种种或或两两
23、种种以以上上的的编编码码方方法法进进行行编编码码的的过过程程。每每种种编编码码方方法法都都有有自自己己的的优优势势和和不不足足，使使用用混混合合编编码码，可可以以优优势势互互补补，从从而而达达到到高高效效数数据据压压缩缩的的目目的的。实际上，混合编码被广泛采用。实际上，混合编码被广泛采用。智亮总爹镀醛灶吵嗽悲华阻漂肄颖福峪弗峡示论您僳迹疗今四吼儡项型病第3章 数字音频第3章 数字音频153.3.1 增量调制增量调制1一般增量调制一般增量调制增增增增量量量量调调调调制制制制（DMDM）是是是是一一一一种种种种比比比比较较较较简简简简单单单单且且且且有有有有数数数数据据据据压压压压缩缩缩缩功功功功
24、能能能能的的的的波波波波形形形形编编编编码码码码方方方方法法法法。系系系系统统统统结结结结构构构构如如如如图图图图3.33.3-1 1所所所所示示示示。在在在在编编编编码码码码端端端端，由由由由前前前前一一一一个个个个输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的编编编编码码码码值值值值经经经经解解解解码码码码器器器器解解解解码码码码可可可可得得得得到到到到下下下下一一一一个个个个信信信信号号号号的的的的预预预预测测测测值值值值。输输输输入入入入的的的的模模模模拟拟拟拟音音音音频频频频信信信信号号号号与与与与预预预预测测测测值值值值在在在在比比比比较较较较器器器器上上上上相相相相减减减减，从从从从而
25、而而而得得得得到到到到差差差差值值值值。差差差差值值值值的的的的极极极极性性性性为为为为正正正正，则则则则编编编编码码码码输输输输出出出出为为为为1 1；若若若若为为为为负负负负，则则则则编编编编码码码码输输输输出出出出为为为为0 0。增增增增量量量量调调调调制制制制编码过程示意图如图编码过程示意图如图编码过程示意图如图编码过程示意图如图3.33.3-2 2所示。所示。所示。所示。蹲俘趣磕愉肃扦带扬竿衙狙嗣杀硼凝菩犀量狼胞助俗耗尿贮贺鹅膏挤赖绚第3章 数字音频第3章 数字音频16图3.3-1 增量调制的系统结构框图 搞穿湖靡漓买科血垂蔬乙厅近予安瓣带忘掳匆克仆唇李汛串撇夺桩位冲亩第3章 数字音
26、频第3章 数字音频17图3.3-2 增量调制编码过程示意图 厢屯蜀生淡蝗追遥僻侦豺给违准鲤凛湛松迄饵票笆早替诲蹋秀恩庙腾铱偶第3章 数字音频第3章 数字音频18在在在在图图图图3.33.3-2 2中中中中，纵纵纵纵坐坐坐坐标标标标表表表表示示示示输输输输入入入入的的的的模模模模拟拟拟拟电电电电压压压压，横横横横坐坐坐坐标标标标表表表表示示示示随随随随时时时时间间间间增增增增加加加加而而而而顺顺顺顺序序序序产产产产生生生生的的的的DMDM码码码码。图图图图中中中中虚虚虚虚线线线线表表表表示示示示输输输输入入入入的的的的音音音音频频频频模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号。从从从从图图图图3.33.3
27、-2 2可可可可以以以以看看看看到到到到，当当当当输输输输入入入入信信信信号号号号变变变变化化化化比比比比较较较较快快快快时时时时，编编编编码码码码器器器器的的的的输输输输出出出出无无无无法法法法跟跟跟跟上上上上信信信信号号号号的的的的变变变变化化化化，从从从从而而而而会会会会使使使使重重重重建建建建的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号发发发发生生生生畸畸畸畸变变变变，这这这这就就就就是是是是所所所所谓谓谓谓的的的的“斜斜斜斜率率率率过过过过载载载载”。可可可可以以以以看看看看出出出出，当当当当输输输输入入入入模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号的的的的变变变变化化化化速速速速度度度度超超超超
28、过过过过了了了了经经经经解解解解码码码码器器器器输输输输出出出出的的的的预预预预测测测测信信信信号号号号的的的的最最最最大大大大变变变变化化化化速速速速度度度度时时时时，就就就就会会会会发发发发生生生生斜斜斜斜率率率率过过过过载载载载。增增增增加加加加采采采采样样样样速速速速度度度度，可可可可以以以以避避避避免免免免斜斜斜斜率率率率过过过过载载载载的的的的发发发发生生生生。但但但但采采采采样速度的增加又会使数据的压缩效率降低。样速度的增加又会使数据的压缩效率降低。样速度的增加又会使数据的压缩效率降低。样速度的增加又会使数据的压缩效率降低。塑棉迫萝扎刽议薄礁搬登讯惰宙拐捶摄凸害扼酣瘩煤层香痕捡痘
29、细庙洛懒第3章 数字音频第3章 数字音频19从从从从图图图图3.33.3-2 2中中中中还还还还能能能能发发发发现现现现另另另另一一一一个个个个问问问问题题题题：当当当当输输输输入入入入信信信信号号号号没没没没有有有有变变变变化化化化时时时时，预预预预测测测测信信信信号号号号和和和和输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的差差差差会会会会十十十十分分分分接接接接近近近近，这这这这时时时时编编编编码码码码器器器器的的的的输输输输出出出出是是是是0 0和和和和1 1交交交交替替替替出出出出现现现现的的的的，这这这这种种种种现现现现象象象象就就就就叫叫叫叫做做做做增增增增量量量量调调调调制制制制的的
30、的的“散散散散粒粒粒粒噪噪噪噪声声声声”。为为为为了了了了减减减减少少少少散散散散粒粒粒粒噪噪噪噪声声声声，就就就就希希希希望望望望使使使使输输输输出出出出编编编编码码码码1 1位位位位所所所所表表表表示示示示的的的的模模模模拟拟拟拟电电电电压压压压（又又又又叫叫叫叫量量量量化化化化阶阶阶阶距距距距）小小小小一一一一些些些些，但但但但是是是是减减减减少少少少量量量量化化化化阶阶阶阶距距距距 会会会会使使使使在在在在固固固固定定定定采采采采样样样样速速速速度度度度下下下下产产产产生生生生更更更更严严严严重重重重的的的的斜斜斜斜率率率率过过过过载载载载。为为为为了了了了解解解解决决决决这这这这些些
31、些些矛矛矛矛盾盾盾盾，促促促促使使使使人人人人们们们们研研研研究究究究出出出出了了了了自自自自适适适适应应应应增增增增量量量量调调调调制制制制（ADMADM）方方方方法。法。法。法。妖函遍突抄隶积腕谈忠晃蚤盘垄坡酪碎跋磅刷铸挪莲组内炊误泵蚕戎间啼第3章 数字音频第3章 数字音频202.自适应增量调制（自适应增量调制（ADM）从从从从前前前前面面面面分分分分析析析析可可可可以以以以看看看看出出出出，为为为为减减减减少少少少斜斜斜斜率率率率过过过过载载载载，希希希希望望望望增增增增加加加加阶阶阶阶距距距距；为为为为减减减减少少少少散散散散粒粒粒粒噪噪噪噪声声声声，又又又又希希希希望望望望减减减减少
32、少少少阶阶阶阶距距距距。于于于于是是是是人人人人们们们们就就就就想想想想，若若若若是是是是能能能能使使使使DMDM的的的的量量量量化化化化阶阶阶阶距距距距 适适适适应应应应信信信信号号号号变变变变化化化化的的的的要要要要求求求求，必必必必须须须须是是是是既既既既降降降降低低低低了了了了斜斜斜斜率率率率过过过过载载载载又又又又减减减减少少少少了了了了散散散散粒粒粒粒噪噪噪噪声声声声的的的的影影影影响响响响。也也也也就就就就是是是是说说说说，当当当当发发发发现现现现信信信信号号号号变变变变化化化化快快快快时时时时，增增增增加加加加阶阶阶阶距距距距；当当当当发发发发现现现现信信信信号号号号变变变变化
33、化化化缓缓缓缓慢慢慢慢时时时时，减减减减少少少少阶阶阶阶距距距距。这这这这就就就就是是是是自自自自适应增量调制的基本出发点。适应增量调制的基本出发点。适应增量调制的基本出发点。适应增量调制的基本出发点。亡狙追异迄凭真缴罗您贡挽洼裂猾谈侯乱臀迅途暑兼辆恫崔烽抡吨侠新奶第3章 数字音频第3章 数字音频21 在在ADM中，中，常用的规则有两种：常用的规则有两种：一一一一种种种种是是是是控控控控制制制制可可可可变变变变因因因因子子子子 MM，使使使使量量量量化化化化阶阶阶阶距距距距在在在在一一一一定定定定范范范范围围围围内内内内变变变变化化化化。对对对对于于于于每每每每一一一一个个个个新新新新的的的的
34、采采采采样样样样，其其其其量量量量化化化化阶阶阶阶距距距距为为为为其其其其前前前前面面面面数数数数值值值值的的的的MM倍倍倍倍。而而而而MM的的的的值值值值则则则则由由由由输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的变变变变化化化化率率率率来来来来决决决决定定定定。如如如如果果果果出出出出现现现现连连连连续续续续相相相相同同同同的的的的编编编编码码码码，则则则则说说说说明明明明有有有有发发发发生生生生过过过过载载载载的的的的危危危危险险险险，这这这这时时时时就就就就要要要要加加加加大大大大MM。当当当当0 0，1 1信信信信号号号号交交交交替替替替出出出出现现现现时时时时，说说说说明明明明信信信信
35、号号号号变变变变化化化化很很很很慢慢慢慢，会会会会产产产产生生生生散散散散粒粒粒粒噪噪噪噪声声声声，这这这这时时时时就就就就要要要要减减减减少少少少MM 值。值。值。值。其典型的规则为其典型的规则为其典型的规则为其典型的规则为（3.3-1）咕搏活她泻给镊谬脯京唉蔽锦颈讼僚铣恰丝崩默养朴狈踌滇灼卤褐闻滦痪第3章 数字音频第3章 数字音频223.3.23.3.2 自适应差分脉冲编码调制自适应差分脉冲编码调制自适应差分脉冲编码调制自适应差分脉冲编码调制1.1.非均匀非均匀非均匀非均匀P PCMCM（律压扩方法）律压扩方法）律压扩方法）律压扩方法）若若若若输输输输入入入入的的的的音音音音频频频频信信信
36、信号号号号是是是是话话话话音音音音信信信信号号号号，使使使使用用用用8 8 kHzkHz采采采采样样样样频频频频率率率率进进进进行行行行均均均均匀匀匀匀采采采采样样样样，而而而而后后后后再再再再将将将将每每每每个个个个样样样样本本本本编编编编码码码码为为为为8 8位位位位二二二二进进进进制制制制数数数数字字字字信信信信号号号号，则则则则我我我我们们们们就就就就可可可可以以以以得得得得到到到到数数数数据据据据率率率率为为为为64 64 kb/skb/s的的的的P PCMCM信信信信号号号号，这这这这就就就就是是是是典典典典型型型型的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲编编编编码码码码调调调调制制制制。这这这这
37、种种种种编编编编码码码码方方方方式式式式对对对对输输输输入入入入的的的的音音音音频频频频信信信信号号号号进进进进行行行行均均均均匀匀匀匀量量量量化化化化，不不不不管管管管输输输输入入入入的的的的信信信信号号号号是是是是大大大大还还还还是是是是小小小小，均均均均采采采采用用用用同同同同样样样样的的的的量量量量化化化化间间间间隔隔隔隔。但但但但是是是是，对对对对音音音音频频频频信信信信号号号号而而而而言言言言，大大大大多多多多数数数数情情情情况况况况下下下下信信信信号号号号幅幅幅幅度度度度都都都都很很很很小小小小，出现大幅度信号的概率很小。出现大幅度信号的概率很小。出现大幅度信号的概率很小。出现大
38、幅度信号的概率很小。秧悼酵剪常求斧皂椰臭捐棵颓瞳栖印岩寸库咱酶躯炎织竖睦榔乍篱泅筒妓第3章 数字音频第3章 数字音频23然然然然而而而而，为为为为了了了了适适适适应应应应这这这这种种种种很很很很少少少少出出出出现现现现的的的的大大大大信信信信号号号号，在在在在均均均均匀匀匀匀量量量量化化化化时时时时不不不不得得得得不不不不增增增增加加加加二二二二进进进进制制制制码码码码位位位位。对对对对大大大大量量量量的的的的小小小小信信信信号号号号来来来来说说说说，这这这这样样样样多多多多的的的的码码码码位位位位是是是是一一一一种种种种浪浪浪浪费费费费。因因因因此此此此，均均均均匀匀匀匀量量量量化化化化PC
39、MPCM效效效效率率率率不不不不高高高高，有有有有必必必必要要要要进进进进行行行行改进。改进。改进。改进。采采采采用用用用非非非非均均均均匀匀匀匀量量量量化化化化编编编编码码码码的的的的实实实实质质质质在在在在于于于于减减减减少少少少表表表表示示示示采采采采样样样样的的的的位位位位数数数数，从从从从而而而而达达达达到到到到数数数数据据据据压压压压缩缩缩缩的的的的目目目目的的的的。其其其其基基基基本本本本思思思思路路路路是是是是，当当当当输输输输入入入入信信信信号号号号幅幅幅幅度度度度小小小小时时时时，采采采采用用用用较较较较小小小小的的的的量量量量化化化化间间间间隔隔隔隔；当当当当输输输输入入
40、入入信信信信号号号号幅幅幅幅度度度度大大大大时时时时，采采采采用用用用较较较较大大大大的的的的量量量量化化化化间间间间隔隔隔隔。这这这这样样样样就就就就可可可可以以以以做做做做到到到到在在在在一一一一定定定定的的的的精精精精度度度度下，下，下，下，用更少的二进制码位来表示采样值。用更少的二进制码位来表示采样值。用更少的二进制码位来表示采样值。用更少的二进制码位来表示采样值。蹲贬鞍腊柑楷渡虐仑纶丛鞘扦桔逮咏窄泄呕迪怕贷邦誉股庐豌节摆袋央捕第3章 数字音频第3章 数字音频24 2.差分脉冲编码调制（差分脉冲编码调制（DPCM）差差差差分分分分脉脉脉脉冲冲冲冲编编编编码码码码调调调调制制制制的的的的
41、核核核核心心心心思思思思想想想想是是是是对对对对信信信信号号号号的的的的差差差差值值值值而而而而不不不不是是是是对对对对信信信信号号号号本本本本身身身身进进进进行行行行编编编编码码码码。这这这这个个个个差差差差值值值值是是是是指指指指信号值与预测值的差值。信号值与预测值的差值。信号值与预测值的差值。信号值与预测值的差值。预预预预测测测测值值值值可可可可以以以以由由由由过过过过去去去去的的的的采采采采样样样样值值值值进进进进行行行行预预预预测测测测，其其其其计计计计算公式如下所示：算公式如下所示：算公式如下所示：算公式如下所示：（3.3-4）签筏群杀咙茶鳞凌道距沛堑铣壶钒淑霍况沈军屑惕勺放读严滥
42、损狞谷扳坠第3章 数字音频第3章 数字音频25式式式式中中中中，a ai i 为为为为预预预预测测测测系系系系数数数数。因因因因此此此此，利利利利用用用用若若若若干干干干个个个个前前前前面面面面的的的的采采采采样样样样值值值值可可可可以以以以预预预预测测测测当当当当前前前前值值值值。当当当当前前前前值值值值与与与与预预预预测测测测值的差为值的差为值的差为值的差为（3.3-5）差分脉冲编码调制就是将上述每个样点的差值量化编码，而后用于存储或传送。由于相邻采样点有较大的相关性，预测值常接近真实值，故差值一般都比较小，从而可以用较少的数据位来表示，这样就减少了数据量。伎略挂春制曳鳖谴彬物桨谨酚窟鳃知
43、蝗辆窜递刚泞乃锈郡刊瞻债籽锯堤剩第3章 数字音频第3章 数字音频26 3.自适应差分脉冲编码调制（自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）为为了了进进一一步步提提高高编编码码的的性性能能，人人们们将将自自适适应应量量化化器器和和自自适适应应预预测测器器结结合合在在一一起起用用于于DPCM之之中中，从从而而实实现现了了自自适适应应差差分分脉脉冲冲编编码码调调制制（ADPCM）。其其简简化化的框图如图的框图如图3.3-6所示。所示。灵众竟称太汝删梨豌贺齐董媒阶核蔫孕奇某籍政溜虐泥帝秩阀罗阮掸招春第3章 数字音频第3章 数字音频27 图3.3-6 ADPCM编解码框图(a)ADPCM编码器;(b)ADP
44、CM解码器 邱噎梧褂楷烧究墙限赁锚骑宾滇哺甘野光荒运渴抱瘤换癸换餐衔护筹圃铆第3章 数字音频第3章 数字音频283.3.33.3.3 子带编码子带编码子带编码子带编码声声声声音音音音信信信信号号号号对对对对人人人人耳耳耳耳的的的的听听听听觉觉觉觉贡贡贡贡献献献献与与与与信信信信号号号号频频频频率率率率有有有有关关关关，比比比比如如如如人人人人耳耳耳耳对对对对1 1 kHzkHz附附附附近近近近频频频频率率率率成成成成分分分分尤尤尤尤其其其其敏敏敏敏感感感感。再再再再比比比比如如如如实实实实验验验验发发发发现现现现，如如如如果果果果讲讲讲讲话话话话人人人人发发发发出出出出无无无无意意意意义义义义
45、的的的的音音音音节节节节，则则则则听听听听话话话话人人人人在在在在保保保保留留留留400 400 HzHz6 6 kHzkHz频频频频率率率率范范范范围围围围的的的的语语语语音音音音情情情情况况况况下下下下，就就就就可可可可听听听听清清清清此此此此音音音音节节节节；而而而而上上上上限限限限频频频频率率率率降降降降低低低低至至至至1.7 1.7 kHzkHz时时时时可可可可听听听听清清清清约约约约一一一一半半半半；如如如如果果果果讲讲讲讲话话话话人人人人发发发发出出出出的的的的是是是是连连连连续续续续有有有有意意意意义义义义的的的的句句句句子子子子，那那那那么么么么只只只只保保保保留留留留频频频
46、频率率率率范范范范围围围围为为为为400 400 HzHz3 3 kHzkHz的的的的语语语语音音音音就就就就可可可可完完完完全听懂了。全听懂了。全听懂了。全听懂了。子子子子带带带带编编编编码码码码能能能能够够够够实实实实现现现现较较较较高高高高的的的的压压压压缩缩缩缩比比比比，而而而而且且且且具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的质质质质量量量量，因因因因此此此此得得得得到到到到了了了了比比比比较较较较广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用用用用。这这这这种种种种编编编编码码码码常常常常常常常常与与与与其其其其他他他他一一一一些些些些编编编编码码码码混混混混合合合合使使使使用用用用，以以以以实
47、现混合编码。实现混合编码。实现混合编码。实现混合编码。猿瞬丑叭威氦蚕垃瑞炼著科捐栏哗羽瞩斗躬该序纽歌离牲搞锤洱谢芯妈递第3章 数字音频第3章 数字音频29 3.3.4 变换域编码变换域编码变变换换域域编编码码将将输输入入信信号号直直接接转转换换到到频频域域，然然后后在在频频域域划划分分各各频频段段，根根据据不不同同的的频频段段能能量量大大小小分分配配码码字字然然后后编编码码，收收方方解解码码后后再用相应的反变换转换成时域信号。再用相应的反变换转换成时域信号。采采用用离离散散傅傅里里叶叶变变换换（FFT）或或离离散散余余弦弦变变换换（DCT），变变换换后后的的各各系系数数才才真真正正代代表表频频
48、率分量。率分量。橙嘲桨匝扫廓烤汾桔染页豌捅砾霍应亡株斯峦测菠薛刃吵逐殿析嗣怜望圭第3章 数字音频第3章 数字音频303.3.5 矢量量化矢量量化矢矢量量量量化化VQ（Vector Quantization）是是一一种种有有损损的的编编码码方方案案，其其主主要要思思想想是是将将输输入入的的语语音音信信号号按按一一定定方方式式分分组组，把把这这些些分分组组数数据据看看成成一一个个矢矢量量，对对它它进进行行量量化化。这这就就区区别别于于直直接接对对一一个个个个数数据据作作量量化化的的标标量量量量化化方方法法。矢矢量量量量化化编编码码及及解码的原理框图如图解码的原理框图如图3.3-9所所示。示。妨就厩
49、诈懂贡碘亦器舀榨增郸尘呀瞳戮倚谁掂后恕琴牺蔫穷串循撂郊价候第3章 数字音频第3章 数字音频31图3.3-9 矢量量化编码及解码原理框图 拉填崖兹伪啸决皆华效条翱娩捕橡巨软鞘愈弹袭谗介窝惦按谐堆蹬江荤慎第3章 数字音频第3章 数字音频32假假假假定定定定将将将将语语语语音音音音数数数数据据据据分分分分组组组组，每每每每组组组组有有有有 k k个个个个数数数数据据据据。这这这这样样样样，一一一一组组组组就就就就是是是是一一一一个个个个k k 维维维维的的的的矢矢矢矢量量量量。把把把把每每每每一一一一个个个个组组组组形形形形成成成成的的的的矢矢矢矢量量量量看看看看成成成成一一一一个个个个元元元元素素
50、素素，又又又又叫叫叫叫码码码码字字字字，那那那那么么么么，语语语语音音音音所所所所分分分分成成成成的的的的组组组组就就就就形形形形成成成成了了了了各各各各自自自自的的的的码码码码字字字字。这这这这些些些些码码码码字字字字排排排排列列列列起起起起来来来来，就就就就构构构构成成成成了了了了一一一一个个个个表表表表，人人人人们们们们将将将将此此此此表表表表叫叫叫叫做做做做码码码码本本本本或或或或码码码码书书书书。形形形形象象象象一一一一点点点点说说说说，码码码码书书书书就就就就类类类类似似似似于于于于汉汉汉汉字字字字的的的的电电电电报报报报号号号号码码码码本本本本，电电电电报报报报号号号号码码码码本