ADPCM的语音编解码设计方案.docVIP

1 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 随着社会发展,人类进入信息时代,对资源的利用要求越来越高,推动了语音编解码技术的飞发展。同时,随着微电子技术的发展,超大规模集成电路设计技术的完善,使得语音解码技术越来越广泛深入到通信领域、消费电子领域,如数字录音笔、IP电话、复读机等都是语音压缩编码技术的典型应用。语音编码就是将模拟的语音信号数字化,利用语音听觉上的制约或者数据的冗余度来压缩信号的不必要的信息,增加传输速率减少存储容量,然后进行传输、存储或者处理,而解码就是相反的一个过程。ADPCM是自适应差分脉冲编码调制的简称，最早使用数字通信系统中。算法利用了语音信号样点间的相关性，针对语音信号的非平稳特点，使用了自适应预测和自适应量化，即预测器和量化器参数能随输入信号的统计特性自适应于或接近于最佳的参数状态，在32kbps速率上能够给出网络等级话音质量。ADPCM是一种针对 16bits( 或8bits或者更高) 声音波形数据的一种有损压缩算法,它将声音流中每次采样的 16bit 数据4bit 来存储,所以压缩比 1:4。而且压缩/解压缩算法非常简单,所以是一种低空间消耗高质量高效率声音获得的好途径。ADPCM 主要是针对连续波形数据的，保存的是波形的变化情况，以达到描述整个波形的目的Pulse Code Modulation)，ADPCM，APC(Adaptive Predictive Coding)； 在频域上进行编码的子带编码SBC（Sub-Band Coding）和自适应变换编码ATC(Adaptive Transform Cording)。分析合成系统是把语音信号产生模型作为基础，把语音信号变换成模型参数后再进行编码，因此又称之为参数编码。参数编码其出发点同波形编码有所不同，它的原则是以在尽量保持语音可懂度的条件下，为语音信号搭建一个数学模型，然后通过给定的语音信号计算模型参数并且量化编码来实现。而且它的模型参数对比于语音波形来说数据量是很小的，因而其压缩效率很高。虽然也许参数编码会导致重建话音和原始语音在它时域波形上有很大的区别，但它的可懂度仍然可以保持在一个相当高的程度。现在，还时常采用混合编码的方案，混合编码是波形编码和参数编码优点的结合，这种结合是保留分析合成编码技术精华的基础，引用波形编码准则优化激励源信号，从而在一个较小的数码率上(4.8～9.6kbit/s)获得更高质量的合成语音。 自1937年以来的脉冲编码调制（PCM）是AH里夫斯已经提出，语音编码技术的发展历史已经超过60年。尤其是在过去的20年里，随着计算机的语音编码技术和微电子技术的发展得到了快速发展。64kbit/s的PCM系统标准CCITT于1972年确定了64kbit/s的PCM语音编码G. 711建议，已被广泛应用于数字交换机，数字通讯等领域，到现在为止，仍然是占主导地位。虽然这种编码方法可以得到良好的语音质量，但缺点是，它会占用更多的带宽，有限的带宽资源条件下不使用。 CCITT在20世纪80年代初，就开始专攻小于64KB/s的非PCM编码算法，32K比特/秒ADPCM语音编码G. 721建议，于1984年通过，它不仅可以实现与PCM等效语音质量，还更好的抗误码性能，它被广泛用于海底电缆，卫星??，和可变速率的数字语音内插编码器清空设备。连续地，在那之后，1986年，1988，做了进一步的修改在此，也可以是32K比特/秒的PCM比特率，一般是高速率的一半，达到接近正常的PCM语音质量，防误性能优于PCM格式。随后颁布G. 723标准，扩大到24Kbit/s和40Kbit/s的编码标准税率。 1990年G. 723，G. 721由ITU合并，将进一步扩展的编码率16KBIT /秒，从而促进G. 726标准形成的。语音插值技术和浮动利率结合原来的PCM通道的ADPCM编码，可扩展到8-10倍，称之为数字语音通道倍增设备DCME。 G. 726标准算法不仅简单，但高品质的声音，即使在经过反复的切换，以确保他们的声音质量，所以网络会议系统,8-ISDN通信和VOIP网络通信等方面具有广泛的应用。然后16KB/s的低时延码激励线性预测（LD-CELP）G. 728建议，在1992年出版。正是由于其较低的利率，高性能，低延迟在实践中广泛使用，如：单路单载波卫星，无绳电话和数字插值空气设备，海事卫星通信，存储，数字移动无线系统，分组语音，转发系统，语音留言录制。最后，在11月1995年共轭代数码激励线性预测（CS-ACELP）8KB/s的语音编码G. 729建议ITU-TSGl5全体会议通过，并通过G. 729附件降低复杂8KB/s的CS-ACELP讲话编解码器在ITU-TSGl5 1996年6月的会议上正式成为国际标准。这种编码其延迟小，可以节