张奇 复旦大学 计算机科学技术学院 qz@fudan.edu.cn 2010年3月 多媒体技术基础(第3版) 第3讲 话音编码 张奇 复旦大学 计算机科学技术学院 qz@fudan.edu.cn 2010年3月.

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1 张奇 复旦大学 计算机科学技术学院 qz@fudan.edu.cn 2010年3月
多媒体技术基础(第3版) 第3讲 话音编码 张奇 复旦大学 计算机科学技术学院 2010年3月

2 随着数字电话和数据通信容量日益增长的迫切要求，而又不希望明显降低传送话音信号的质量。
除了提高通信带宽之外， 对话音信号进行压缩是提高通信容量的重要措施。 本章将重点介绍话音编码的基本思想 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

3 第3讲 目录 3.1 话音类型 3.2 话音编译码器 3.4 脉冲编码调制(PCM) 3.5 PCM在通信中的应用
3.1.1 话音波形的特性 3.1.2 话音类型 3.2 话音编译码器 3.2.1 波形编译码器 3.2.2 音源编译码器 3.2.3 混合编译码器 3.4 脉冲编码调制(PCM) 3.4.1 PCM的概念 3.4.2 均匀量化 3.4.3 非均匀量化 3.5 PCM在通信中的应用 3.5.1 频分多路复用 3.5.2 时分多路复用 3.5.3 数字通信线路的数据传输率 3.6 增量调制与自适应增量调制 3.6.1 增量调制(DM) 3.6.2 自适应增量调制(ADM) 3.7 自适应差分脉冲编码调制 3.7.1 自适应脉冲编码调制(APCM)的概念 3.7.2 差分脉冲编码调制(DPCM)的概念 3.7.3 自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) 3.7.4 G.726 ADPCM编译码器 3.8 G.722 SB-ADPCM编译码器 3.8.1 子带编码(SBC) 3.8.2 子带-自适应差分脉冲编码调制(SB-ADPCM) 3.9 线性预测编码(LPC)的概念 3.10 GSM声音简介 3.11 话音编码标准摘要 编码算法的性能 话音编码标准 参考文献和站点 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

4 3.1 话音类型 话音波形的特性 话音的产生：肺部中的受压空气沿着声道通过声门发出。
短期相关(short-term correlation)：普通人的声道从声门到嘴的平均长度约为17厘米，反映在声音信号中就相当于在1ms数量级内的数据具有相关性(声速约为340m/s)。 声道也被认为是一个滤波器，有许多共振峰，其频率受随时间变化的声道形状所控制，例如舌的移动就会改变声道的形状。许多话音编码器用一个短期滤波器(short term filter)来模拟声道。但由于声道形状的变化比较慢，模拟滤波器的传递函数的修改不需要那么频繁，典型值在20ms左右。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

5 3.1 话音类型 话音类型 浊音，清音和爆破音。根据压缩空气通过声门对声道滤波器的激励方式区分。 按发音方法为： 按声带震动与否为：
爆破音：/ p / b / t / d / k / g / 鼻音：/ m / n / ŋ /  摩擦音：/f / v / d / t / s / z / f / v / r / h / w / j / 破擦音：/tF / dV / ts / dz / tr / dr / 舌侧音：/ l / 按声带震动与否为： 清音：/ p / t / k / f / W / h / s / F / tF / 浊音：/ b / d / g / m / n / N / v / T / z / V / dV / r / w / j / l / 2019年4月16日 第3讲 话音编码

6 3.1 话音类型 1. 浊音(voiced sounds)
浊音是一种称为准周期脉冲(quasi-periodic pulses)激励所发出的音，这种准周期脉冲是在声门打开然后关闭时中断肺部到声道的气流所产生的脉冲。 声门打开和关闭的速率呈现为音节(pitch)的大小（音节是听觉能感受到的最自然的语音单位，一个汉字就是一个音节），它的速率可通过改变声道的形状和空气的压力来调整。浊音表现出在音节上有高度的周期性，其值在2～20ms之间，这个周期性称为长期周期性(long-term periodicity)。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

7 3.1 话音类型 图3-01 浊音段的波形举例，音节周期大约8ms
图3-02 浊音段的功率谱密度(power spectral density，PSD) 2019年4月16日 第3讲 话音编码

8 3.1 话音类型 清音是由不稳定气流激励所产生的，这种气流是在声门处在打开状态下强制空气在声道里高速收缩产生的。
图3-03 清音段的波形举例 图3-04 清音段的功率谱密度举例 2019年4月16日 第3讲 话音编码

9 3.1 话音类型 爆破音(plosive sounds) 爆破音是在声道关闭之后产生压缩空气然后突然打开声道所发出的音。
某些音不能归属到上述三种音中的任何一种，例如在声门振动和声道收缩同时出现的情况下产生的摩擦音，这种音称为混合音。 声道的形状和激励方式的变化相对比较慢，话音在短时间周期(10~30ms)里可以被认为是准定态(quasi-stationary)的短时平稳随机过程。 话音信号具有高度周期性，这是由于声门的准周期性的振动和声道的谐振引起的。话音编码器就是企图揭示这种周期性，减少数据率又尽可能不牺牲声音的质量。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

10 3.2 话音编译码器 三种话音编译码器 波形编译码器：话音质量高，数据率高 图3-05 普通编译码器的音质与数据率
音源编译码器：数据率很低，合成话音音质有待提高 混合编译码器：使用音源编译码技术和波形编译码技术，数据率和音质介于之间 图3-05 普通编译码器的音质与数据率 2019年4月16日 第3讲 话音编码

11 3.2 话音编译码器 波形编译码器 波形编译码的想法：不利用生成话音信号的任何知识而试图产生一种重构信号，波形与原始话音波形尽可能一致。
这种编译码器的复杂程度比较低，数据速率在16kb/s以上，质量相当高。低于这个数据速率时，音质急剧下降。 脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)：最简单的波形编码，仅仅是对输入信号进行采样和量化。 典型的窄带话音带宽限制在4kHz，采样频率是8kHz。如果要获得高一点的音质，样本精度要用12位，它的数据率就等于96kb/s，这个数据率可以使用非线性量化来降低 2019年4月16日 第3讲 话音编码

12 3.2 话音编译码器 音源编译码器 音源编译码的思想：从话音波形信号中提取生成话音的参数，使用这些参数通过话音生成模型重构出话音。
声码器(vocoder)：针对话音的音源编译码器。 在话音生成模型中，声道被等效成一个随时间变化的滤波器，叫做时变滤波器(time-varying filter)，它由白噪声(无声话音段)激励，或者由脉冲串(有声话音段)激励。需要传送给解码器的信息就是滤波器的规格、发声或者不发声的标志和有声话音的音节周期，并且每隔10～20ms更新一次。声码器的模型参数既可使用时域的方法也可以使用频域的方法确定，这项任务由编码器完成。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

13 3.2 话音编译码器 这种声码器的数据率在2.4kb/s左右，产生的语音虽然可以听懂，但其质量远远低于自然话音。增加数据率对提高合成话音的质量无济于事，这是因为受到话音生成模型的限制。尽管它的音质比较低，但它的保密性能好，因此这种编译码器一直用在军事上。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

14 3.2 话音编译码器 混合编译码 混合编译码的思想：企图填补波形编译码和音源编译码之间的间隔。
波形编译码器虽然可提供高质量的话音，但数据率低于16kb/s的情况下，在技术上还没有解决音质的问题； 声码器的数据率虽然可降到2.4kb/s甚至更低，但它的音质根本不能与自然话音相提并论。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

15 3.4 脉冲编码调制(PCM) 脉冲编码调制(PCM)的概念 PCM是pulse code modulation的缩写
概念上最简单、理论上最完善、最早研制成功、使用最为广泛、数据量最大的编码系统 图3-3 PCM编码原理框图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

16 3.4 脉冲编码调制(续1) 在图3-3中 PCM实际上是模拟信号数字化 输入是模拟信号，输出是PCM样本。
防失真滤波器：低通滤波器，用来滤除声音频带以外的信号 波形编码器：可理解为采样器 量化器：可理解为“量化阶大小(step-size)”生成器或者称为“量化间隔”生成器 PCM实际上是模拟信号数字化 模拟声音数字化的两个步骤： 第一步是采样，就是每隔一段时间间隔读一次声音的幅度 第二步是量化，就是把采样得到的声音信号幅度转换成数字值 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

17 3.4 脉冲编码调制(续2) 量化的方法 主要有均匀量化和非均匀量化 均匀量化
采用相等的量化间隔/等分尺度量采样得到的信号幅度，也称为线性量化。量化后的样本值Y和原始值X的差E=Y-X称为量化误差或量化噪声 图3-4 均匀量化 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

18 3.4 脉冲编码调制(续3) 非均匀量化 大的输入信号采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔
可在满足精度要求的情况下用较少的位数来表示 声音数据还原时，采用相同的规则 采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系 μ律压扩算法 A律压扩算法 注：压扩(companding) 图3-5 非均匀量化 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

19 3.4 脉冲编码调制 μ律压扩 μ律(μ -Law)压扩(G.711)主要用在北美和日本等地区的数字电话通信中，按下式确定量化输入和输出的关系： x为输入信号幅度，规格化成      ; sgn(x)为x的极性； u 为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比，取100≤u≤500。 由于u 律压扩的输入和输出关系是对数关系，所以这种编码又称为对数PCM。具体计算时，用u＝255，把对数曲线变成8条折线以简化计算过程。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

20 3.4 脉冲编码调制 A律压扩 A律(A-Law)压扩(G.711)主要用在欧洲和中国大陆等地区的数字电话通信中，按下式确定量化输入和输出的关系：              ≤ |x|≤1/A                /A < |x|≤1 x为输入信号幅度，规格化成 -1≤x≤1; sgn(x)为x的极性。 A为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

21 3.5 PCM在通信中的应用 PCM编码早期主要用于话音通信中的多路复用。一般来说，在电信网中传输媒体线路费用约占总成本的65%，设备费用约占成本的35%，因此提高线路利用率是一个重要课题 2019年4月16日 第3讲 话音编码

22 3.5 PCM在通信中的应用 频分多路复用 (frequency-division multiplexing，FDM)
把传输信道的频带分成几个窄带，每个窄带传送一路信号。【例】一个信道的频带为1400Hz，把这个信道分成4个子信道(subchannels)：820～990 Hz, 1230～1400 Hz, 1640～1810 Hz和2050～2220Hz，相邻子信道间相距240Hz，用于确保子信道之间不相互干扰。每对用户仅占用其中的一个子信道。这是模拟载波通信的主要手段。 2019年4月16日 第3讲 话音编码

23 3.5 PCM在通信中的应用 时分多路复用 PCM编码早期主要用于话音通信中的多路复用
时分多路复用是在同一条通信线路上使用不同时段“同时”传送多个独立信号的通信方法 时分多路复用的核心思想是将时间分成等间隔的时段，为每对用户指定一个时间间隔，每个间隔传输信号的一部分 例如，话音信号的采样频率f＝8000 Hz/s，它的采样周期＝125 s，这个时间称为1帧(frame)。在这个时间里可容纳的话路数有两种规格 24路制 30路制 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

24 3.5 PCM在通信中的应用(续1) 24路制的重要参数如下： 每秒钟传送8000帧，每帧125μs 12帧组成1复帧(用于同步)。
每帧由24个时间片(信道)和1位同步位组成 每个信道每次传送8位代码，1帧有24 × 8 ＋1＝193位(位) 数据传输率R＝8000×193＝1544 kb/s 每一个话路的数据传输率＝8000×8=64 kb/s 图3-6 24路PCM的帧结构 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

25 3.5 PCM在通信中的应用(续2) 30路制的重要参数如下： 线路利用率 每秒钟传送8000帧，每帧125 s
16帧组成1复帧(用于同步) 每帧由32个时间片(信道)组成 每个信道每次传送8位代码 数据传输率：R＝8000×32×8＝2048 kb/s 每一个话路的数据传输率＝8000×8=64 kb/s 线路利用率 使用时分多路复用技术时，由于当信道无数据传输时仍给那个信道分配时间槽，因此线路利用率较低 为解决这个问题，开发了统计时分多路复用技术(statistical time division multiplexing, STDM)。STDM是按照每个传输信道的传输需要来分配时间间隔的时分多路复用技术，可提高传输线路的效率 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

26 3.5 PCM在通信中的应用(续3) 数字通信线路的数据传输率
为反映PCM信号复用的复杂程度，通常用“群(group)”这个术语来表示，也称为数字网络的等级 传输容量由一次群(基群)的30路(或24路)，增加到二次群的120路(或96路)，三次群的480路(或384路)，…… 图3-7表示二次复用的示意图。图中的N表示话路数，无论N＝30还是N＝24，每个信道的数据率都是64 kb/s，经过一次复用后的数据率就变成2048 kb/s(N＝30)或1544 kb/s(N＝24) 在数字通信中 在北美，具有1544 kb/s数据率的线路叫做“T1远距离数字通信线路”，提供这种数据率的服务级别称为T1等级 在欧洲，具有2048 kb/s数据率的线路叫做“E1远距离数字通信线路”，提供这种数据率的服务级别称为E1等级 T1/E1，T2/E2，T3/E3，T4/E4和T5/E5的数据传输率见表3-3 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

27 3.5 PCM在通信中的应用(续4) 时分多路复用示意图 图3-7 二次复用示意图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

28 3.5 PCM在通信中的应用(续5) T1/E1，T2/E2，T3/E3，T4/E4和T5/E5的数据传输率
注：在ITU的文件中，数据率用kb/s和Mb/s做单位，因此该表没有用kbps和Mbps做单位 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

29 ？ 3.6 增量调制与自适应增量调制 增量调制 也称△调制(delta modulation，DM)，是一种预测编码技术
对实际的采样信号与预测的采样信号之差的极性进行编码。如果实际的采样信号与预测的采样信号之差的极性为“正”，则用“1”表示；相反则用“0”表示，或者相反 由于DM编码只须用1位对话音信号进行编码，所以DM编码系统又称为“1位系统” 比较：PCM是对每个采样信号的整个幅度进行量化编码 ？ 图3-8 DM波形编码示意图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

30 3.6 增量调制与自适应增量调制 采样点i＝0处，输入信号y0=0，预测值y[0]=0，编码输出x[0]=1。
采样点i=1处，预测值y[1]=∆，实际输入信号大于预测值，x[1]=1 采样点i=4处，预测值y[4]=4∆，实际输入信号大于预测值，x[4]=1 2019年4月16日 第3讲 话音编码

31 3.6 增量调制与自适应增量调制(续) 自适应增量调制(ADM)
根据输入信号斜率的变化自动调整量化阶Δ的大小，以使斜率过载和粒状噪声都减到最小。 在检测到斜率过载时开始增大量化阶Δ，而在输入信号的斜率减小时降低量化阶Δ 例如，宋(Song)在1971描述的ADM技术中提出：每当输出不变时量化阶增大50%；每当输出值改变时，量化阶减小50% 又如，由格林弗基斯(Greefkes)在1970年提出的连续可变斜率增量调制(CVSD)的基本方法是：如果连续可变斜率增量调制器的输出连续出现三个相同值时，量化阶加一个大的增量，反之，就加一个小的增量。 Motorola公司于20世界80年代初期开发了实现CVSD算法的集成电路芯片，如MC3417/MC3517用于一般的数字通信，MC3418/MC3518用于数字电话。MC3417/MC3418用于民用，MC3517/MC3518用于军用 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

32 3.7 自适应差分脉冲编码调制 APCM的概念 APCM是什么
adaptive pulse code modulation的缩写，自适应脉冲编码调制 根据输入信号幅度大小来改变量化阶大小的一种波形编码技术 自适应 瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变 音节自适应，即量化阶的大小在较长时间里发生变化 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

33 3.7 自适应差分脉冲编码调制(续1) 改变量化阶大小的方法(1)
前向自适应(forward adaptation)：根据未量化的样本值的均方根值来估算输入信号的电平，以此来确定量化阶的大小，并对其电平进行编码作为边信息(side information)传送到接收端 前向自适应APCM的基本概念如图3-9 (a)所示 (a)前向自适应 图3-9 APCM方块图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

34 3.7 自适应差分脉冲编码调制(续2) 改变量化阶大小的方法(2)
后向自适应(backward adaptation)：从量化器刚输出的过去样本中提取量化阶信息。由于后向自适应能在发收两端自动生成量化阶，所以它不需要传送边信息。 后向自适应APCM的基本概念如图3-9 (b)所示 (b)后向自适应 图3-9 APCM方块图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

35 3.7 自适应差分脉冲编码调制(续3) DPCM的概念 DPCM是什么 DPCM中文术语为差分脉冲编码调制
differential pulse code modulation的缩写 利用样本与样本之间存在的信息冗余来进行编码的一种数据压缩技术 基本思想：根据过去的样本去估算下一个样本信号的幅度大小，这个值称为预测值，然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码，从而就减少了表示每个样本信号的位数 它与脉冲编码调制(PCM)不同的是，PCM是直接对采样信号进行量化编码，而DPCM是对实际信号值与预测值之差进行量化编码，存储或者传送的是差值而不是幅度绝对值，这就降低了传送或存储的数据量。 可适应大范围变化的输入信号 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

36 3.7 自适应差分脉冲编码调制(续4) DPCM原理 差分信号d(k)：离散输入信号s(k)和预测器输出的估算值se(k-1)之差
2019年4月16日 第3章 数字声音编码

37 3.7 自适应差分脉冲编码调制(续5) ADPCM的概念 ADPCM的中文术语为自适应差分脉冲编码调制
adaptive difference pulse code modulation的缩写 综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码技术 它的核心想法是： 利用自适应的思想改变量化阶的大小，即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之间的差值总是最小 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

38 3.7 自适应差分脉冲编码调制(续6) ADPCM编码框图 如图3-11所示
接收端的译码器使用与发送端相同的算法，利用传送来的信号来确定量化器和逆量化器中的量化阶大小，并且用它来预测下一个接收信号的预测值 图3-11 ADPCM方块图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

39 3.8 G.722 SB-ADPCM编译码器 G.722推荐标准 50～7000 Hz的话音称为宽带话音
1988年CCITT制定的，称为“数据率为64 kb/s的7 kHz声音信号编码(7 kHz Audio-coding with 64 kb/s)”[9][10] 该标准把话音信号的质量由电话质量提高到AM无线电广播质量，而其数据传输率仍保持为64 kb/s 在可懂度和自然度方面都比带宽为300～3400 Hz的话音有明显提高，也更容易识别对方的说话人 采用的技术 子带编码(SBC) 自适应差分脉冲调制(ADPCM)编码 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

40 3.8 G.722 SB-ADPCM编译码器(续1) 子带编码(sub-band coding，SBC)
用一组带通滤波器(band-pass filter，BPF)把输入声音信号的频带分成若干个连续的频段，每个频段称为子带。对每个子带中的声音信号采用单独的编码方案去编码 在信道上传送时，将每个子带的代码复合在一起；在接收端译码时，将每个子带的代码单独译码，然后把它们组合起来，还原成原来的声音信号 好处有两个 可对每个子带信号分别进行自适应控制，量化阶的大小可按照每个子带的能量电平加以调节。具有较高能量电平的子带用大的量化阶去量化，以减少总的量化噪声 可根据每个子带信号在感觉上的重要性，对每个子带分配不同的位数，用来表示每个样本值。 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

41 3.8 G.722 SB-ADPCM编译码器(续2) SBC的方块图如图3-13所示，图中的编码/译码器可以采用ADPCM，APCM或PCM
例如，在低频子带中，为了保护音调就要求用较小的量化阶、较多的量化级数，即分配较多的位数来表示样本值。而话音中的摩擦音和类似噪声的声音，通常出现在高频子带中，对它分配较少的位数 SBC的方块图如图3-13所示，图中的编码/译码器可以采用ADPCM，APCM或PCM 图3-13 子带编码方块图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

42 3.8 G.722 SB-ADPCM编译码器(续3) 声音频带的分割 可用树型结构的式样进行划分
首先把整个声音信号带宽分成两个相等带宽的子带：高频子带和低频子带 然后对这两个子带用同样的方法划分，形成4个子带 这个过程可按需要重复下去，以产生2k个子带，K为分割的次数 用这种办法可以产生等带宽的子带，也可以生成不等带宽的子带 例如，对带宽为4000 Hz的声音信号，当K=3时，可分为8个相等带宽的子带，每个子带的带宽为500 Hz；也可生成5个不等带宽的子带，分别为［0,500),［500,1000)，[1000,2000),［2000,3000)和［3000，4000］ 采用正交镜像滤波器(quadrature mirror filter，QMF)来划分频带 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

43 图3-17 7 kHz声音信号64 kb/s数据率的编译码方块图
3.8 G.722 SB-ADPCM编译码器(续4) SB-ADPCM编译码器方框图 图 kHz声音信号64 kb/s数据率的编译码方块图 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

44 3.9 线性预测编码(LPC)的概念 线性预测编码(linear predictive coding，LPC)
话音压缩技术。将话音生成机理模型化为一个离散的、时变的、线性的递归滤波器 编码时使用线性预测分析话音波形产生声道激励和转移函数的参数，对声音波形的编码实际就转化为对这些参数的编码，这就可减少声音的数据量 译码时使用线性预测分析得到的参数，通过话音合成器重构话音。合成器实际上是一个离散的随时间变化的时变线性滤波器，它代表人的话音生成系统模型 时变线性滤波器 分析话音波形时，当作预测器使用 合成话音波形时，当作生成模型使用 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

45 3.9 线性预测编码(LPC)的概念(续1) 线性预测器 使用过去的P个样本值来预测现时刻的采样值x(n)，如图3-18所示
图3-18 预测概念 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

46 3.9 线性预测编码(LPC)的概念(续2) 预测值用过去P个样本值的线性组合表示为 为方便起见，式中采用了负号
残差误差即线性预测误差为一个线性差分方程， 在给定的时间范围里，如[n0, n1],使e(n)的平方和即 为最小，这样可使预测得到的样本值更精确。 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

47 3.9 线性预测编码(LPC)的概念(续3) 预测系数 通过求解偏微分方程，可找到系数ai的值
在接收端重构的话音不再具体复现真实话音的波形，而是合成的声音 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

48 3.10 GSM编译码器简介 GSM编译码器简介 GSM是Global System for Mobile communications的缩写，可译成全球数字移动通信系统 GSM算法是1992年柏林技术大学(Technical University Of Berlin)根据GSM协议开发的，这个协议是欧洲最流行的数字蜂窝电话通信协议。 除了ADPCM算法已经得到普遍应用之外，还有一种使用较普遍的波形声音压缩算法叫做GSM算法，使用这种算法的编码器称为GSM编码器 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

49 3.10 GSM编译码器简介(续) GSM的性能 GSM的输入：数据分成帧(frame)，一帧(20毫秒)由带符号的160个样本组成，每个样本为13位或16位的线性PCM(linear PCM)码 使用的采样频率为8 kHz时，如果每个样本为16位，那么未压缩的话音数据率为128 kb/s GSM的输出： 一帧(160×16位)的数据压缩成260位的GSM帧，相当于13 kb/s。由于260位不是8位的整数倍，因此编码器输出的GSM帧为264位的线性PCM码 使用GSM压缩后的数据率为： (264位×8000样本/秒)/160样本=13.2 千位/秒 GSM的压缩比：128:13.2 = 9.7，近似于10:1 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

50 3.11 话音编码标准摘要 编码算法的性能 表3-5 部分编码器的MOS分 编码器 MOS分 64 kb/s脉冲编码调制(PCM) 4.3
32 kb/s自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) 4.1 16 kb/s低时延码激励线性预测编码(LD-CELP) 4.0 8 kb/s码激励线性预测编码(CELP) 3.7 3.8 kb/码激励线性预测编码(CELP) 3.0 2.4 kb/s线性预测编码(LPC) 2.5 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

51 第3章 数字声音编码参考文献 ITU G系列推荐标准文档的下载网址：http://www.itu.int/rec/T-REC-G/en.
Thomas J. Lynch, Ph.D.. Data Compression Techniques and Application. Van Nostrand Reinhold Company，1985 Thomas W. Parsons. Voice and Speech Processing. McGraw-Hill Book Company. 1986 Sadaoki Furui. Digital Speech Processing, Synthesis, and Recognition. Marcel Dekker, INC.，1989 林福宗， 陆 达. 多媒体与CD-ROM. 北京：清华大学出版社, (1) SNR的计算：pp 。(2) 律和A率的计算：pp CCITT, Recommendation G.711, Pulse Code Modulation (PCM) of Voice Frequencies, Blue Book, Vol.III, Fascicle III CCITT, Recommendation G.721, 32 kb/s Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM), Blue Book, Vol.III, Fascicle III 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

52 第3章 数字声音编码参考文献(续) CCITT, Recommendation G.726, 40, 32, 24, 16 kbit/s Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM), Geneva, 1990 CCITT, Recommendation G.722, 7 kHz Audio Coding With 64 kb/s, Blue Book, Vol.III, Fascicle III Paul Mermelstein, G.722, A New CCITT Coding Standard for Digital Transmission of Wideband Audio Signal. IEEE Communications Magazine，Vol.26, No.1，January 1988 CCITT, Recommendation G.723, Extensions of Recommendation G.721 ADPCM to 24 and 40 kb/s for DCME Application, Blue Book, Vol.III, Fascicle Ⅲ Esin Darici Haritaoglu, Wideband Speech and Audio Coding, 各种文件存储格式： 2019年4月16日 第3章 数字声音编码

53 END 第3讲 话音编码