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1、17.1 语音编码的 分类及特性第第 7 7章章 语音编码原理及应用语音编码原理及应用2 在在保保证证语语音音音音质质和和可可懂懂度度的的条条件件下下，采采用用尽尽可可能能少少的比特数来表示语音。叫做的比特数来表示语音。叫做“语音编码语音编码”。通通常常所所说说的的“语语音音编编码码”，是是特特指指通通信信传传输输系系统统中中代代表口语发声的表口语发声的200Hz3400Hz的信号。的信号。第七章第七章 语音编码原理及应用语音编码原理及应用3 波形编码波形编码参数编码参数编码混合编码混合编码7.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性4 波波形形编编码码是是将将时时间间域域或或变变
2、换换域域信信号号直直接接变变换换为为数数字字信信号号，力力求求使使重重建建语语音音波波形形保保持持原原始始语语音音信信号号的的波波形形形形状状。波波形形编编码码的的目目的的是是在在给给定定的的传传输输比比特特率率下下，降降低低量量化化每每个个语语音音样样点点的的比比特特数数，同同时时保保持持相相对对好好的的语语音音质质量。量。7.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性 波形编码5波形编码优点：波形编码优点：适应能力强，算法简单，易于实现，语音质量好。适应能力强，算法简单，易于实现，语音质量好。波形编码缺点：波形编码缺点：编码速率高，一般在编码速率高，一般在16kbit/s64kb
3、it/s之间。之间。常用的波形编码实例：常用的波形编码实例：脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)64kbit/s 自适应增量调制自适应增量调制(ADM)32kbit/s-16kbit/s 自适应差分脉冲编码调制自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)32kbit/s 7.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性6 参参数数编编码码是是以以语语音音信信号号产产生生的的数数学学模模型型为为基基础础，对对语语音音信信号号进进行行分分析析，提提出出一一组组特特征征参参数数（主主要要是是指指表表征征声声门门振振动动的的激激励励参参数数和和表表征征声声道道特特性性的的声声道道参参数数），这这些些参参
4、数数携携带带有有语语音音信信号号的的主主要要信信息息，编编码码它它们们只只需需要要较较少少的的比比特特数数，在在解解码码后后可可以以由由这这些些参参数数重重新新合合成成语语音音信信号号。这这种种编编码码方方法法力力图图使使重重建建语语音音信信号号具具有有尽尽可可能能高高的的可可懂懂度度，但但重重建建语语音音信信号号与与原原始始语语音音信信号号样样本本之之间间没没有有一一一一对对应应关关系系。合合成成语语音音的的音音质质好好坏坏需需要要藉藉助助于于主主观观评评定定，而而缺缺少少客客观观的的评定标准。评定标准。7.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性 参数编码7参数编码优点：参数编
5、码优点：编码速率较低，可在编码速率较低，可在0.8kbit/s4.8kbit/s之间。之间。参参数数编编码码缺缺点点：语语音音质质量量差差，自自然然度度较较低低。对对讲讲话话环环境境噪噪声声较敏感，需要安静环境才能给出较高的可懂度。较敏感，需要安静环境才能给出较高的可懂度。适应能力差，算法较复杂，语音质量不好。适应能力差，算法较复杂，语音质量不好。参数编码实例：参数编码实例：共振峰声码器共振峰声码器 线性预测声码器线性预测声码器 余弦声码器余弦声码器7.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性8 二十世纪二十世纪80年代产生混合编码。年代产生混合编码。优点：在保留参数编码技术精华基
6、础上，引用波形优点：在保留参数编码技术精华基础上，引用波形编码准则去优化激励源信号，克服了原有波形和参数编编码准则去优化激励源信号，克服了原有波形和参数编码的弱点，而吸取了它们各自的长处。码的弱点，而吸取了它们各自的长处。缺点：算法复杂、运算量很大。缺点：算法复杂、运算量很大。编码速率：编码速率：4kbit/s16kbit/s 包括：多脉冲激励线性预测编码包括：多脉冲激励线性预测编码(MPELP)码本激励线性预测编码码本激励线性预测编码(CELP)7.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性 混合编码97.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性 语音压缩编码的依据 语
7、音语音压缩本质上就是通过识别语音信号压缩本质上就是通过识别语音信号的冗余度并设法去掉它们的冗余度并设法去掉它们，并充分利用人耳，并充分利用人耳的听觉特性，从而的听觉特性，从而达到压缩比特率的目的达到压缩比特率的目的。冗余度冗余度主要源于两个方面：主要源于两个方面：1.语音信号本身的冗余语音信号本身的冗余性性 2.人耳的听觉人耳的听觉特性特性 107.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性 语音信号的冗余性语音信号的冗余性语音信号幅度分布的非均匀性语音信号幅度分布的非均匀性语音信号小幅度出现的概率大，大幅度出现的概率小。语音信号小幅度出现的概率大，大幅度出现的概率小。非均匀标量量化
8、就是利用这一特点进行压缩编码的。非均匀标量量化就是利用这一特点进行压缩编码的。语音信号样点之间的相关性语音信号样点之间的相关性 由由于于描描述述语语音音信信号号声声道道特特性性的的全全极极点点滤滤波波器器具具有有递递归归性性，在在时时域域上上，使使语语音音信信号号样样点点之之间间产产生生了了相相关关性性；在在频频域域上上，使使原原来来的的平平坦坦白白色色谱谱变变为为非非平平坦坦的的有有色色谱谱。在在浊浊音音语语音音段段，信信号号具具有有准准周周期期性性，频频谱谱含含有有谱谱线线结结构构。因因此此，谱谱包包络络代代表表了了短短时时相相关关性性，基基音音周周期期则则反反映映了了长长时相关性。时相关
9、性。在在时时域域上上采采用用短短时时和和长长时时预预测测，在在频频域域上上采采用用谱谱平平整方法，都可以达到压缩编码比特率的目的。整方法，都可以达到压缩编码比特率的目的。117.1 7.1 语音编码的分类及特性语音编码的分类及特性 人耳的听觉特性人耳的听觉特性人人类类听听觉觉有有一一个个特特点点，就就是是“听听觉觉掩掩蔽蔽效效应应”：一一个个强强的的音音能能抑抑制制一一个个同同时时存存在在的的弱弱音音的的听听觉觉，利利用用这这一一性性质质就就可可以以抑抑制与信号同时存在的量化噪声，如制与信号同时存在的量化噪声，如“噪声谱形变技术噪声谱形变技术”；人人的的听听觉觉对对低低频频端端比比较较敏敏感感，而而对对高高频频端端不不太太敏敏感感，因因此此引出了引出了“子带编码技术子带编码技术”；人人的的听听觉觉对对信信号号的的相相位位特特性性不不敏敏感感，线线性性预预测测声声码码器器利利用用这这一一特特点点，并并不不传传送送语语音音谱谱的的相相位位信信息息，使使码码率率能能降降至至2.4kbit/s以以下，仍保持高的可懂度；下，仍保持高的可懂度；感感觉觉加加权权滤滤波波器器和和后后滤滤波波技技术术则则利利用用幅幅度度谱谱的的适适度度失失真真来来降低量化噪声对语音质量的影响。降低量化噪声对语音质量的影响。