基于adpcm的语音编解码设计[修订

基于adpcm的语音编解码设计[修订内容摘要：

DPCM 编码 的优越性。 接着 介绍 增量调制DM(delt modultion)及自适应增量调制 DM(dptive delt modultion)的原理与运用 ，二者比较得出 DM 更容易跟踪信号变化快的的语言 ,最后阐述了 DPCM 的由来及主要原理。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 第 四 章： 确定 DPCM 实现 的总体设计框图 ,以及 DPCM 编码和解码 实现过程 的设计流程图 , 并采用 MTLB 软件对 DPCM 编解码系统的实现进行了仿 真。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 , 伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 2 语音 信号脉冲编码基本理论 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 当 前 最主要 的 通信业务有电话 、 图像 (传真 、 电视 )等 ,它们 都是 时间 上 和幅度上连续的模拟信号 ,如果 要 想 实现数字化 的 传输和交换 ,则 首先 要做的就是 把模拟信号变 化 成数字信号 ， 电话信号数字化 一般被 称为语音编码 ,而 图像信号数字化 就 被 称为图像编码。 虽然 两 者各有 各的 特点 ,但 两者 的 编码原理基本 上 仍然是 一致 的。 而 当前 的 通信网中 很多 业务 基本上 都是 电话业务 ,因此 语音编码 将为本章讨论 的 重点。 可以说 这些理论对任何模拟信号数字化的实现过程都是适用的 ，其 不失一般意义。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速 发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 依照 语音的特点 ,通常 把语音编码方法分为 波形编码 和 参量编码 ， 波形编码是指 对信号的波形进行编码 ,它 具有较高重建信号质量 的 能力。 参量编码 则是通过 提取语音信号的一些特征参量 ,从而 对其进行编码 ,它的 特点是码速率 较 低 ,但其 语音质量 要 较波形编码差一些。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代 的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 波形编码 的 质量 比 较高 ,通常 在 300～ 3400Hz 话路通道中传输模拟信号 (例如模拟数据信号 、 电话信号 、传真信号 及各种随路信令信号等 )在数字化以后 ,仍 然可以 达到 原来的质量容限。 这一 特 点 是 通信网 由 模拟 转换 为 数字过渡过程中极其 重要的 一点。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 根据语音的特性，通常分为波形编码和参数编码类型的 两类 语音编码方法，波形编码，用于编码的信号波形，它具有更高的能力来重建信号的质量。 参数编码是通过提取语音信号的参数的一些特点，从而编码，它的特点是较低的比特率，但不如波形编码的语音质量。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕 煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 波形编码质量是比较高的，通常会在通道 300〜 3400Hz 传输 各种 模拟信号（如模拟数据信号，电话信号，传真信号，与信道相关信令的各种信号）后的数字仍实现其原来的质量宽容。 的通信网络，其特征在于由模拟到数字的转换是非常重要的。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模 集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 语音信号 有很多 波形编码方法 ,例 如脉冲编码调制 （ PCM） 、 自适应增量调制(DM)、 自适应差值脉冲编码调制 (DPCM)、 子带编码 (SBC)、 矢量编码 （ VQC:Vector Quntittion Coding） 等。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率 要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 为对语音进行 DPCM 编码译码系统提供理论依据 ， 下面主要介绍编码的 一些基本理论。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编 解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 语音信号压缩的基本原理 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 1. 1 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路 设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 在数字通信中，语音信号被编码为二进制数字序列，通过信道传输或存储，在经过解码后恢复为可懂的语音。 将语音信号编码为二进制数字序列后再经传输或储存有其独特的优点。 例如，可摆脱传输或存储中噪声的干扰。 模拟传输信道的噪声总是要使语音信号发生畸变，而数字通信只要有足够的通信站，就能排除所有噪声的影响；另一方面，磁带录音机存储模拟信号时要受磁带噪声和其他噪声的影响，而采用计算机存储数字语音信号时，惟一的失真来自模数转换前的低通滤波。 另外，数字编码的信号还便于处理和加密、再生与转发，也可与其他信号复用一个信道，设备便于集成等。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连 歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 最简单的语音编码方法是对其直接进行模 /数变换；只要 其 取样率足够高，量化 每个样本的比特数足够 大 ， 那么就能 保证解码恢复的语音信号有 非常 好的音质， 而且也 不会丢失有用信息。 可是 对语音信号直接 进行 数字化 其 所需数码率太高， 比 如普通电话通信中采用 8KHZ 取样率，如用 12bit 进行量化，则数码率为96kbit/s，这样大的数码率即使对很大容量的传输信道也是难以承受的。 而语音信号用 PCM 编码后，数码率为 64kbit/s,不进行压缩很难用调制解调器在电话线路上传输 ，所以必须进行压缩编码。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 对语音进行编压缩码的基本依据有两个。 一是，从产生的物理机理和语音结构的性质来看，语音 信号中存在较大的冗余度。 从信息保持的角度讲，只有当信源本身具有冗余度，才能对其进行压缩。 语音压缩实质上就是识别语音中的冗余度并设法去除掉它们。 冗余度最主要部分可以分别从时域或频域来考虑，归纳起来有以下几个方面： 1，语音信号样本间的相关性很强，即其短时谱不平坦。 2，浊音语音段具有准周期性。 3，声道的形状及其变化比较慢。 4，传输码值的概率分布是非均匀的。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编 解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 语音编码的第二个依据是利用人类听觉的某些特性。 人耳听不到或感知不灵敏的语音分量可视为冗余（这种冗余可看作为主观上的冗余），所以可以利用人耳感知模型，去除掉人耳感觉不灵敏的语音分量，而重构后的语音质量不明显下降。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的 背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 总之，利用冗余度或者是听觉上的制约，可以压缩表示语音信号的必要信息，从而可降低传输速率或存储容量。 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义 随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 下面给出脉冲编码的基本框图： 基于 DPCM的语音编解码设计 311 绪论 课题研究的背景和意义随着社会时代的发展 ,人类迅速进入信息时代 ,对于各种资源的利用率要求越来越高 ,从而 推动了语音编解码技术的飞跃发展。 与此同时 ,伴随着微电子技术的快速发展 ,以及超大规模集成电路设计技术的不断完善 ,使得语音编解码技排懒据概坟皱完戏被队灵跋厂纠两额蕊狼肿镜酮赏茅县郎嘻瞧描亏杭惑拄连歹磕煌赠狭从剥宏浴懦沟据挨绩振佃泵尊弗祷陛犬神怨跋助椒吁佩靖讹 取样 量化 编码模拟语音信号输入 数字语音信号输出 图 1 模拟脉冲编码框图 基于 DPCM的语音编解码设。