语音信号波形编码.docx

第2章语音信号波形编码
第一节语音信号编码的基本概念
一、语声信号编码的概念
语声信号编码——模拟话音信号的数字化（信源编码）。

二、语声信号编码的分类
波形编码——根据语声信号波形的特点，将其转换为数字信号。
常见的有PCM、DPCM、ADPCM、DM等。
参量编码——是提取语声信号的一些特征参量，对其进行编码。
特点：编码速率低，但语声质量要低于波形编码。
LPC等声码器属于参量编码。
混合编码——是介于波形编码和参量编码之间的一种编码，即在参量编码的基础上，引
入一定的波形编码的特征。
子带编码属于混合编码。

第二节脉冲编码调制(PCM)
一、脉冲编码调制(PCM)通信系统的构成
PCM的概念——它是对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转化为数字信
号。
PCM通信系统的构成

PCM通信系统由三个部分构成：
模／数变换——抽样、量化、编码
信道部分——包括传输线路及再生中继器
数/模变换——解码、低通

二、抽样
1、抽样的概念：模拟信号在时间上离散化PAM信号

2、低通型信号（）的抽样
抽样定理留有一定宽度的防卫带
不满足抽样定理的后果——不满足抽样定理的后果是PAM信号产生折叠噪声，收端就无
法用低通滤波器准确地恢复原模拟话音信号。
话音信号的抽样频率为＝8000，
抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。（排列顺序）
3、带通型信号（）的抽样
抽样定理
[若n次下边带、(n+1)次下边带与原始频带间隔相等——默认]

抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。（排列顺序）
例1、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽样信号的
频谱（设）。

解：

∴此信号为低通型信号
满足抽样定理时，应有

（一次下边带：-原始频带=12-（2∽6）=6∽10
一次上边带：+原始频带=12+（2∽6）=14∽18
二次下边带：-原始频带=24-（2∽6）=18∽22
二次上边带：+原始频带=24+（2∽6）=26∽30）
例2、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽样信号的
频谱。

解：

∴此信号为带通型信号

满足抽样定理时，应有

三、量化
量化的概念：PAM信号（样值）在幅度上离散化量化值

量化分为均匀量化
非均匀量化
均匀量化[在量化区内（即从一U～十U）均分为N等份]
均匀量化的特点——大小信号的量化间隔相等（）
几个要点
•量化值的选取
•量化误差＝量化值一样值（

•均匀量化的缺点——在N（或）大小适当时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求，而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求
•为了解决这个问题，若仍采用均匀量化，不行。
原因：
↑→量化误差↓→Δ↓→N↑→↑→编码复杂
信道利用率下降
解决——采用非均匀量化

非均匀量化
非均匀量化的宗旨——在不增大量化级数N的前提下，利用降低大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信噪比。
非均匀量化的特点——小信号的量化间隔小，大信号的量化间隔大。
实现非均匀量化的方法
·模拟压扩法——方框图P24图2.22
·直接非均匀编解码法——概念（一般采用）
3、量化信噪比
（1）定义式：

（2）均匀量化信噪比（忽略过载区内的量化噪声功率）
曲线
例、画出的均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。
解：

（3）非均匀量化信噪比（忽略过载区内的量化噪声功率）
①A律压缩特性

oa+ab——A律压缩特性
②A律压缩特性的非均匀量化信噪比
（信噪比改善量）

oa段：
ab段：

•A的取值与Q的关系：
在小信号区域，A愈大，则斜率愈大，Q愈大；
在大信号区域，A愈大，则斜率愈小，Q愈小。
一般取A=87.6
例、画出的A律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。
解：

(oa段：
ab段：)

（4）A律13折线压缩特性P28图2.26
表2.3各段折线的斜率及信噪比改善量
段号12345678斜率161684211/21/4Q（dB）2424181260-6-12
四、编码与解码
二进制码组及编码的基本概念
（1）二进制码组一般二进制码
循环二进制码（格雷码）特点
折叠二进制码
一般二进制码简单易实现
各位码(幅度码)有一固定的权值

权值：
循环二进制码幅值绝对值相同的样值其幅度码相同
编、解码复杂
折叠二进制码幅值绝对值相同的样值其幅度码相同
低音量（小信号）时噪声小
（2）编码的基本概念
•编码的概念——编码是把模拟信号样值变换成对应的二进制码组。
•分类线性编码与解码——具有均匀量化特性的编码与解码
非线性编码与解码——具有非均匀量化特性的编码与解码
（根据A律13折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码，收端再解码。