第四章抗信道衰落技术及语音编码.pptVIP

波形编码是将时域的模拟话音的波形信号经过取样、量化、编码而形成的数字话音信号。 参量编码是基于人类语言的发音机理，找出表征语音的特征参量，对特征参量进行编码。在接收端，根据所收的语音特征参量信息，恢复出原来的语音。 混合编译码是结合波形编译码和参量编译码之间的优点。 为了保证数字语音技术解码后的高保真度，波形编码需要较高的编码速率，一般在16-64kbps，可对各种各样的模拟语音波形信号进行编码均可达到很好的效果。它的优点是适用于很宽范围的语音特性，以及在噪音环境下都能保持稳定。实现所需的技术复杂度很低而费用中等程度，但其所占用的频带较宽，多用于有线通信中。波形编码包括脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编码调制（DPCM）、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM）、连续可变斜率增量调制（CVSDM）、自适应变换编码（ATC）、子带编码（SBC）和自适应预测编码（APC）等。 1、波形编码的特点 2、参数编码的特点 由于参量编码只需传送语音特征参数，可实现低速率的语音编码，一般在1.2-4.8kbps。线性预测编码（LPC）及其变形均属于参量编码。参量编码的缺点在于语音质量只能达到中等水平，不能满足商用语音通信的要求。对此，综合参量编码和波形编码各自的优点，即保持参量编码的低速率和波形编码的高质量的长点，又提出了混合编码方法。 3、混合编码的特点 在混合编码的信号中，既含有若干语音特征参量又含有部分波形编码信息，其编码速率一般在4-16kbps。当编码速率在8-16kbps范围时，其语音质量可达商用语音通信标准的要求，因此混合编码技术在数字移动通信中得到了广泛应用。混合编码包括规则脉冲激励—长时预测—线性预测编码（RPE-LTP-LPC）、矢量和激励线性预测编码（VSELP）和码激励线性预测编码（CELP）等。 4、移动通信对语音编码的要求 编码的速率要较低，纯编码速率应低于16kbit/s。 在一定编码速率下语音质量应尽可能高，即解码后的复原语音的保真度要高，主观评分MOS（Mean Opinion Score）应不低于3.5分。（按长途话音质量要求） 编解码时延要短，总时延不得超过65毫秒。 要能适应衰落信道的传输，即抗误码性能要好，以保持较好的语音质量。 算法的复杂程度要适中，应易于大规模电路集成。 这些要求之间往往是矛盾的。例如，要求高质量话音，编码速率就应高一些，而这往往又与信道带宽有矛盾。因为，信道带宽是有限的，编码速率过高就无法在信道内传输。因此，只能综合考虑对比，选择最佳的编码方案。从移动通信的要求看，因为分配给移动通信的频谱资源本来就很紧张，所以数字信道的带宽也不能再宽，这样才能有比较大的容量。高速的语音编码，语音质量高，但占用的带宽大，适用于宽带信道上。中速的编码，语音质量略低，占用的带宽也小一些。低速编码的语音质量较差，但占用的带宽较小，可用于对语音质量要求不高的窄带信道中。 5、用于移动通信的语音编码 6、 GSM语音编解码 编码框图 解码框图 * * * 这是一种简单的卷积编码器，记为(2,1,6)。 一、卷积码的描述 图解表示 -树状图、网格图、状态图 解析表示 延时算子多项式、半无限矩阵表示 不同特点： 延时多项式表示卷积码编码器的生成多项式最为方便。 网格法对于分析卷积码的译码算法十分有用。 状态图表明卷积码编码器是一种有限状态的马尔可夫过程，可以用状态转移图。 卷积码的状态：卷积码编码器要存储 N段消息，这些消息数据既要因新的输入而改变，又要影响当前的编码输出，因此称存储表达这些数据的参量为卷积编码器的内部状态，简称状态。 二、卷积码例子 例子：卷积码(2,1,2) 的电路图如下所示，写出其状态转移图及输出。 解：状态向量为σ =(σ2σ1)，共有4种状态S0,S1,S2,S3 其状态变化如表所示。 卷积码码树图 状态图不能反映出状态转移与时间的关系。 栅格图/篱笆图：将开放型的状态转移图按时间顺序级联形成一个栅格图。 编码路径：状态序列σ在栅格图中形成的一条有向路径。 当有向路径始于全“0”状态S0，又终于S0时，表明此时编码器又回到全“0”状态，这条始于S0又首次终于S0的路径是一个卷积码码字。一般在信息位的后面加入三个0。 三、卷积码的栅格图(篱笆图) 红实线表示 =0时输入产生的转移分支； 黄虚线表示 =1时输入产生的转移分支。 三、维特比译码 卷积码的解码技术有很多种，最重要的是Viterbi算法，它是一种关于解卷积码的最大似然译码法。 维特比算法是1967年由A.J.Viterbi提出来的，其方法简单，计算速度快等特点，在数字通信领域中得到广泛应用。 其基本原理是将接受的序列和所有可能发送的序列进行比较，选择其中汉明距离最小的序列作为发送序列的估计。具体做法是