文档介绍：通信工程方法论论文
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总结语音编码的方法、特点、技术和应用场合
摘要:语音业务的传输始终是通信系统中最重要、最基本的核心功能之一,即便是在倡导多媒体业务的第三代甚至第四代数字移动通信系统中,语音业务也仍然是其主导业务。语音编码是语音信号处理的一个非常重要的方面,它和通信领域联系最为密切。因此,系统、全面地了解当今语音编码的原理和方法,分析各种编码技术的特点,比较各种语音编码的性能,并阐述其典型的应用场合,对语音通信领域工作的开展具有重要意义。
关键词:语音编码;座机编码;PCM;CDMA;GSM;IP电话;
QQ语音;矿井通信;
在通信系统中,语音编码是相当重要的。语音编码的速率决定了接收到的语音质量。速率越高,传输的语音质量越好,同时所占用的带宽也越宽,而宽带又是有限而珍贵的。因此,语音编码就是为了解决速率和带宽之间的矛盾。语音编码的根本目标就是在尽可能低的编码速率条件下,重建得到尽可能高的语音合成质量,同时还应尽量减小编解码延时和算法复杂度。
一、语音编码的分类
语音编码就是对模拟的语音信号进行编码,将模拟信号转化成数字化信号,从而降低传输码率并进行数字传输。语音编码的基本方法
可分为波形编码、参量编码和混合编码。
波形编码是对模拟语音波形信号经过取样、量化、编码而形成的数字语音技术。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。
基本原理是在时间轴上对模拟话音信号按照一定的速率来抽样,然后将幅度样本分层量化,并使用代码来表示。在接收端将收到的数字序列经过解码恢复到原模拟信号,保持原始语音的波形形状。
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。
(PCM)
线性PCM 是用同等的量化级进行量化,没有利用声音的性质,所以信息没有得到压缩,对数PCM 利用了语音信号幅度的统计特性,对幅度按对数变换压缩,将压缩的结果作线性编码,在接收端解码时,按指数扩展,这种方法在数字电话通信中得到了广泛的应用。现有的PCM 采用编码速率为64 kbps的A律u律对数压扩方法,由于对数PCM 广泛应用于通信系统中,而线性PCM 可以直接进行二进制运算,所以一般速率低于64 kbps的语音编码系统多是先进行对数
PCM一线性PCM 变换后,再采用信号处理器进行语音信号数字处理,PCM 最大缺点是数码率高,在传输时所占频带较宽.
(DPCM)
差分脉码调制(DPCM)是根据相邻采样值的差值信号进行编码,ADPCM 是在DPCM 的基础上发展起来的, 是语音编码中复杂程度较低的一种方法,
(DM)
增量调制(DM)是根据增量编码,,实现容。但由于量阶固定,量化噪声功率固定,所以当信号下降时,信噪比(SNR)下降。为了改进这种方法的动态范围,引进了自适应技术,让量阶的大小随输入信号的统计特性变化而变,这种方法称为自适应增量调制(ADM)。
(CVSDM)
CVSDM是让量阶的大小随音节时间间隔(5~20 ms)中信号平均斜率变化,信号的斜率是通过输出连“0”或连“1”来检测的。ADM 编码器简易,同步简单,成本低,是数字移动通信中较好的一种语音编码方法。
(APC)
APC是根据语音的统计特性,由过去的采样值精确预测出当前样值的一种编码方法,它是通过自适应预测器来提高预测精度的,预测得越精确,编码速率越低,这种方法可以做到低速率(10 kbps
以下),并且音质与电话音质相似.
(SBC)
子带编码(SBC) 利用带通滤波器将语音分为若干个子带,每个子带以一个奈奎斯特带通速率抽样,并根据感知标准以不同的量化精度来编码,通带分离。一种方法是把整个语音频率分成非均匀的子带,而每个子带对语音清晰度的贡献相同;另一种方法是把语音频率分成等宽度的子带,每个子带分配的比特数与感知重要性成正比。通常也按音节划分频带来代替均匀划分,这种划分方式与感知过程更加匹配。
(ATC)
ATC是先将语音信号在时间上分段,每一段信号一般有64~512个采样,再将每段时域语音数据经正交变换转换到频域