语音信号处理 第4版 第9章 语音编码 思考题答案.docx

第9章语音编码思考题答案

1、什么叫量化、编码、解码?它们是如何实现的?为什么说在取样率受限于信号带宽时传输数码率取决于语音信号的概率分布?常用的语音信号的概率函数是什么?

量化：量化是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号的过程。

编码：编码是将量化后的离散信号转换成二进制代码的过程。

解码：解码是编码的逆过程，它将接收到的二进制代码重新转换成原始的模拟信号。

在取样率受限于信号带宽的情况下，传输数码率取决于语音信号的概率分布，因为信号的传输效率与信号中信息的不确定性有关。如果信号的概率分布不均匀，那么可以通过优化编码方案来减少对高概率事件的编码比特数，从而提高编码效率。

常用的语音信号的概率函数包括：均匀分布、高斯分布、拉普拉斯分布

2、什么是信源编码?信源编码主要解决什么问题?什么是信道编码?信道编码主要解决什么问题?

信源编码和信源解码统称为信源编码。信源编码主要解决有效性问题，通过对信源的压缩、扰乱、加密等一系列处理，力求用最少的数码率传递最大的信息量，使信号更适宜传输和存储。

信道编码和信道解码也统称为信道编码。信道编码主要解决可靠性问题，即尽量使处理过的信号在传输的过程中不出错或者少出错，即使出了错也要能自动检错和尽量纠错。

3、语音编码通常分为哪几类?波形编码、参数编码与混合编码各有什么优点和缺点?

语音编码可以分为波形编码、参数编码、混合编码三大类。

波形编码力图使重建后的语音时域信号的波形与原语音信号波形保持一致，它具有适应能力强、语音质量好等优点，但需要用到的编码速率高。

参数编码的优点是编码速率低，可以低到2.4kbit/s甚至以下。其主要问题是合成语音质量差，特别是自然度较低；另外对说话环境的噪声较敏感，需要较安静的环境才能给出较高的可懂度。

混合编码也是基于语音产生模型的假定并采用了分析合成技术，但同时它又利用了语音的时间波形信息，增强了重建语音的自然度，使得语音质量有明显的提高，代价是编码速率相应上升，一般在2.4~16kbit/s。

4、什么叫PCM的均匀量化和非均匀量化?后者比前者有什么优点?常用的有哪几种非均匀量化方式?

PCM的均匀量化：不论信号幅度的大小，它都采用同等的量化阶距进行量化，即采用均匀量化。

非均匀量化：对大幅度的样本使用大的量化阶距，对小幅度的样本使用小的量化阶距，在接收端按此还原。

在信号动态范围较大而方差较小时，后者信噪比相较于前者要高得多。

常用的非均匀量化方式：Ａ律压缩扩张技术和μ律压缩扩张技术

5、在语音编码中，如何使用自适应技术?有哪些参数可以被“自适应”?什么叫前馈自适应和反馈自适应?画出它们的系统框图。

自适应PCM（APCM）使量化器的特性自适应于输入信号的幅值变化，也就是量化间隔Δ匹配于输入信号的方差值，或使量化器的增益G随着幅值而变化，从而使量化前信号的能量为恒定值。

可被“自适应”的参数：量化间隔Δ(n)、量化器的增益G(n)

前馈自适应是指Δ(n)或G(n)是通过对输入信号估计得到的，而反馈自适应是由估计量化器的输出x(n)或编码器的输出c(n)

系统框图如下所示：

6、子带编码的基本思想是什么?它比一般的PCM有什么优点?在各子带内，SBC用的是什么编码方式?什么叫整数带取样法?它能解决什么问题?什么叫二次镜像滤波法?它又能得到什么好处?画出SBC-QMF的系统框图。

子带编码（SBC）首先使用带通滤波器组将语音信号分割成若干个子频带，然后用调制的方法对滤波后的信号即子带信号进行频谱平移变成低通信号（即基带信号），以利于降低取样率进行抽取；再利用奈奎斯特速率对其进行取样，最后再分别进行编码处理。

SBC相较于一般的PCM的优点：（1）对不同子带合理地分配比特数，可以使重建信号的量化误差谱适应人耳听觉特性，获得更好的主观听音质量。由于语音的基音和共振峰主要集中在低频段，所以可以给低频段的子带分配较多的比特数。（2）各子带内的量化噪声相互独立，这样就避免了输入电平较低的子带信号被其他子带的量化噪声所淹没。

各子带内，使用调制用调制的方法对滤波后的信号即子带信号进行频谱平移变成低通信号（即基带信号），以利于降低取样率进行抽取；再利用奈奎斯特速率对其进行取样，最后再分别进行编码处理。

整数带取样法：整数带分割是指各子带的下截止频率fik恰好是该子带宽度的整数倍。

二次镜像滤波法：首先将整个语音带分成两个相等部分而形成子带的，然后这些子带被同样分割以形成４个子带。这个过程可按需要重复，以产生任何2k个子带。

采用正交镜像滤波器技术，其处理既简单又能消除频谱混叠。

SBC-QMF系统框图如下图所示：

7、什么叫声码器?其传输数码率可低达多少?目前已研究出哪几种类型声码器?其中最常用的是哪一种?

声码器：利用参数编码实现语音通信的设备通常称为声