实验一：语音压缩编码的实现

实验三．语音变换和压缩编码实验通过键盘和液晶选择“菜单”中的“二. 语音变换”1．语音模数转换实验（1）在语音变换下选择“1. 语音模数变换”；（2）按下AMBE2000的复位按钮，对AMBE2000进行复位；（3）K501拨到“SIN”，将输入的模拟信号设置为2kHZ的正弦信号，通过测试点TP501可以观测到输入给AD73311的模拟信号，调节面板上的W501，可以改变输入信号的幅度；（4）通过测试点TP502观测AD73311中A/D和D/A变换的时钟输出；（5）通过测试点TP503观测AD73311中数字输出和输入的帧同步信号；（6）通过测试点TP504观测AD73311的A/D转换后的数字输出信号；（7）通过测试点TP505观测AD73311的D/A转换前的数字输入信号；（8）通过测试点TP506观测AD73311完成D/A转换后的模拟信号，并可以通过调节面板上的W502改变输出信号的幅度；（9）将K501拨到“MIC”，将输入的模拟信号设置为麦克风输入的语音信号，插入麦克风和耳机，可以从耳机中听到麦克风的声音。

测量操作与测量结果：（1）CH1连接到TP501；CH2连接到TP506；（2）按下示波器的“AUTO”键；（3）分别将CH1和CH2的电压档设为“200mV”，时间档设为“200us”；（4）将CH1向移动，CH2向下移动。

（5）调节面板上的W501和W502，分别将TP501和TP506信号的幅度调整到300 mV和500 mV左右。

（6）按“RUN/STOP”键停止波形采样。

（7）CH1为输入的模拟2KHz正弦波，CH2为输出恢复信号，可以看到恢复波形比原始波形质量变差了。

如图2-1-TP501~TP506。

2-1-TP501~TP506（8）CH1连接到TP502，CH2连接到TP503，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。

可以打开测量功能，测量CH1和CH2的频率。

实验报告实验名称语音编码实验课程名称信息处理技术专业综合实验实验二 语音编码一、实验目的熟悉语音基本压缩编码的方法，观察语音压缩效果，加深对语音线性预测编码（LPC ）的理解。

二、实验内容1、编写并调试语音LPC 参数提取程序。

2、编写并调试语音基音周期提取程序。

3、编写并调试语音LPC 合成程序。

三、实验原理语音信号中含有大量的冗余信息，采用各种信源编码技术减除语音信号的冗余度，并充分利用人耳的听觉掩蔽效应，就可以将其编码速率压缩很多倍，而仍能提供可懂语音。

LPC 声码器是一种比较简单实用的语音压缩方法，其基本原理是：根据语音生成模型，将语音看作激励源通过一个线性时不变系统产生的输出，利用线性预测分析对声道参数进行估值，将求得的线性预测系数，结合基音周期等少量参数进行传输，就可以在接收端利用合成滤波器重构语音信号。

线性预测系数的估计方法为：假设语音的当前样值可以用过去的M 个语音样值来进行预测()()()()()∑=-=-++-+-=Mi i M i n x a M n x a n x a n x a n x 12121~式中{}i a 即为线性预测系数。

实际值和预测值之间的均方误差可表示为()()()∑∑∑⎪⎭⎫ ⎝⎛--===n Mi i n i n x a n x n E 212ε 要求均方误差总和最小，将E 关于i a 的偏导数设置为零，可以得到()()()01=⎪⎭⎫ ⎝⎛---∑∑=Mi i n i n x a n x k n x通过采用自相关法、协方差法或格形法求解该方程，即可得到最优的{}i a 。

四、实验方法及程序1. 调用xcorr命令计算一帧语音的自相关函数。

2. 调用toeplitz命令形成该帧语音的自相关矩阵。

3. 调用durbin命令，采用杜宾递推算法计算该帧语音的线性预测系数。

4. 编写lpcauto.m函数，求取一句语音信号的线性预测系数及预测残差。

选择设当的窗函数对语音信号进行分幀。

一、实验背景与目的随着信息技术的飞速发展，语音通信已经成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。

语音编码技术作为语音通信的核心技术，旨在高效地压缩语音信号，降低传输带宽，提高通信质量。

本实验旨在通过实际操作，深入理解语音编码的基本原理，掌握常用的语音编码方法，并评估其性能。

二、实验内容与步骤1. 实验内容本实验主要涉及以下内容：- 语音信号的采集与预处理；- 语音信号的时域和频域分析；- 常用语音编码方法的实现与性能评估；- 编码性能的对比分析。

2. 实验步骤（1）实验准备- 确定实验所需的软件和硬件环境，如音频采集设备、计算机等；- 下载并安装实验所需的语音信号处理软件，如MATLAB等；- 准备实验所需的语音样本，如ISDN话音、PCMU/PCMA编码的语音等。

（2）语音信号的采集与预处理- 使用音频采集设备采集一段语音信号，采样频率为16kHz；- 对采集到的语音信号进行预处理，包括去除静音、归一化、滤波等操作。

（3）语音信号的时域和频域分析- 对预处理后的语音信号进行时域分析，观察其波形、幅度谱等；- 对语音信号进行频域分析，观察其频谱图、功率谱等。

（4）语音编码方法实现与性能评估- 选择一种或多种语音编码方法，如线性预测编码（LPC）、矢量量化（VQ）等；- 根据所选编码方法，编写相应的编码程序，对预处理后的语音信号进行编码；- 对编码后的语音信号进行解码，恢复原始语音信号；- 评估编码性能，如信噪比（SNR）、均方误差（MSE）等。

（5）编码性能对比分析- 对比不同语音编码方法的性能，分析其优缺点；- 分析不同参数设置对编码性能的影响。

三、实验结果与分析1. 实验结果（1）语音信号预处理- 预处理后的语音信号波形图；- 预处理后的语音信号频谱图。

（2）语音编码方法实现- 编码后的语音信号波形图；- 编码后的语音信号频谱图。

（3）编码性能评估- 不同语音编码方法的信噪比和均方误差；- 不同参数设置对编码性能的影响。

音频信号的压缩编码技术研究音频信号的压缩编码技术在传输和存储中起到了至关重要的作用，可有效地减小数据流量，降低传输功耗和存储成本。

目前已经广泛应用于数字音频广播、互联网传输和数字音乐压缩等方面，成为音频技术发展的重要组成部分之一。

1. 音频信号的数字化与采样首先，音频信号需要进行数字化处理，使其能够通过数字媒体传输和存储。

数字化的过程包括模拟信号的采样和量化。

其中采样是以一定频率对模拟信号进行采样，产生一系列离散的样本点，量化是把这些样本点转换成数字信号，即将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。

通常采样频率为44.1kHz或48kHz，量化位数为16bit或24bit。

2. 压缩编码技术的原理和分类压缩编码技术可以分为有损和无损两种类型。

无损压缩技术是指在压缩的过程中不会丢失任何原始数据，以保证音质的高保真度。

具体的无损压缩技术包括无损压缩编码（Lossless Compression）和正交多项式压缩（Orthogonal Polynomial Compression）等。

有损压缩技术是指在压缩的过程中会丢失部分数据，从而减小数据流量，以达到更高的压缩比。

有损压缩技术包括声学模型压缩（Acoustic Model Compression）、子带编码（Subband Coding）和小波变换（Wavelet Transform）等。

3. 压缩编码技术在音频传输和存储中的应用在音频传输和存储中，压缩编码技术可以大大减小数据流量，降低传输功耗和存储成本。

根据不同的应用场景和数据需求，可以选择合适的压缩编码技术进行音频数据压缩。

例如，在互联网音频传输中，由于网络带宽和传输速率的限制，需要使用高效的压缩技术来减小音频文件的大小。

常用的压缩编码技术包括MP3、AAC、OGG Vorbis、FLAC等。

其中，MP3是较早期的音频压缩技术，具有较好的兼容性和音质效果。

AAC是一种高效的音频编码标准，具有更好的音质和压缩效果，广泛应用于苹果产品的iTunes中。

实验一 PCM 与ADPCM 语音压缩编码学院 光电学院 专业 网络工程 姓名 陈炯烁 学号 106052011218一、 实验目的1、了解PCM 的基本原理和方法；2、了解ADPCM 的基本原理；3、了解语音压缩编码的基本原理和过程。

二、 预备知识1、PCM 的基本原理和方法；2、ADPCM 的基本原理； 三、 实验仪器1、移动通信实验箱 一台；2、台式计算机 一台； 四、 实验原理目前国际上普遍采用容易实现的A 律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。

我国规定采用A 律13折线压扩特性。

本实验中的PCM 采用的是A 律13折线PCM 。

由预备知识可知，A 率对数压缩特性定义为：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤++≤≤+=1x 1/A ln 1ln 11/A x 0ln 1)(AAx A Axx c 在CCITT 建议中，A=87.56。

在具体实现时压缩曲线c(x)用13段折线来近似，量化电平数L=256，即编码位数R=8。

因为对语音的采样频率为8kHz ，这样，A 率13折线的PCM 输出数据流速率为64kb/s 。

下图为A 律13折线的压缩示意图：负电平部分的压扩特性和正电平部分的压扩特性是对称的 ，所以上图只画出了正电平压扩特性。

这种量化方式相比于线性量化，当信号为小信号时，其信噪比较高（尤其是语音信号）。

从图上可以看到，整个归一化电平区间被分为8个小区间，每个区间的斜率和起点电平如下表：正电平部分的第一段和第二段的斜率都是16，负电平部分的第一段和第二段的斜率也都是16，所以本来划分的16折线段实际为13折线段。

PCM 编码对一个采样值量化编码后得到的是8比特的编码，下图是这8比特的码位安排：可见，编码的第一位C 1为极性码，正电平为1，负电平为0。

C 2～C 4为段落码，表示信号绝对值处在哪个段落，3位码的8种可能状态分别代表8个段落的起点电平。

C 5～C 8为段内码，段内码共4位，并且段内采用均匀量化的方式，故共有24＝16个均匀量化级。

实验一 语音压缩编码的实现——增量调制一、 实验目的（1） 会用MATLAB 语言表示基本的信号 （2） 用MA TLAB 实现语音信号的采集（3） 理解增量调制（DM ）的原理并编程实现编译码二、 实验原理1、信号是随时间变化的物理量，它的本质是时间的函数。

信号可以分为时间连续信号和时间离散信号。

连续信号是指除了若干不连续的时间点外，每个时间点上都有对应的数值的信号。

离散信号则是只在某些不连续的点上有信号值，其它的时间点上信号没有定义的一类信号。

离散信号一般可以由连续信号经过模数转换而得到。

语音信号是模拟信号，经麦克风输入计算机后，就存为数字信号。

2、增量调制编码基本原理是采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于预测器输出的值是增大还是减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。

收端译码器每收到一个1码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量化阶，而收到一个0码，译码器的输出相对于前一个时刻的值下降一个量化阶。

增量调制的系统结构框图如课本上图3.3-1所示。

在编码端，由前一个输入信号的编码值经解码器解码可得到下一个信号的预测值。

输入的模拟音频信号与预测值在比较器上相减，从而得到差值。

差值的极性可以是正也可以是负。

若为正，则编码输出为1；若为负，则编码输出为0。

这样，在增量调制的输出端可以得到一串1位编码的DM 码。

图3.3-1 增量调制的系统结构框图三、 实验内容与方法（一）、用windows 自带的录音机录一段自己的语音（3s 内），存为“.wav ”文件。

1、补充：语音信号的采集Wavread 函数常用的语法为：[y,fs,bite]=wavread(‘filename.wav’); 这里fs 为采样频率，bite 为采样点数。

AWGN ：在某一信号中加入高斯白噪声输入信号y = awgn(x,SNR) 在信号x 中加入高斯白噪声。

信噪比SNR 以dB 为单位。

第1篇一、实验目的本次实验旨在了解和掌握语音编码技术的基本原理，通过实验加深对语音编码算法的理解，并评估不同编码算法在语音质量与编码效率之间的平衡。

二、实验内容1. 实验原理语音编码技术是数字通信领域的重要组成部分，其主要目的是将模拟语音信号转换为数字信号，以适应数字传输和处理的需要。

语音编码技术分为两大类：波形编码和参数编码。

2. 实验工具- 语音信号采集设备- 语音信号处理软件（如MATLAB）- 语音编码算法实现代码3. 实验步骤（1）信号采集使用语音信号采集设备采集一段语音信号，并保存为.wav格式。

（2）波形编码实验- 实验一：PCM编码使用PCM（脉冲编码调制）算法对采集的语音信号进行编码，设置不同的采样频率和量化位数，观察编码后的信号波形和码率。

- 实验二：波形编码改进对比分析不同预处理器（如噪声抑制、滤波等）对PCM编码的影响。

（3）参数编码实验- 实验三：线性预测编码（LPC）使用LPC算法对采集的语音信号进行编码，设置不同的预测阶数，观察编码后的信号和重建语音质量。

- 实验四：多带激励编码（MBE）使用MBE算法对采集的语音信号进行编码，观察编码后的信号和重建语音质量。

- 实验五：矢量量化编码（VQ）使用VQ算法对采集的语音信号进行编码，设置不同的码书大小和量化位数，观察编码后的信号和重建语音质量。

4. 实验结果与分析（1）PCM编码随着采样频率的提高，PCM编码后的信号质量逐渐提高，但码率也随之增加。

量化位数越多，信号质量越好，但码率也越高。

（2）波形编码改进预处理器对PCM编码的影响主要体现在降低噪声和抑制非线性失真，从而提高编码后的信号质量。

（3）线性预测编码（LPC）LPC编码后的信号质量与预测阶数密切相关。

预测阶数越高，编码后的信号质量越好，但计算复杂度也随之增加。

（4）多带激励编码（MBE）MBE编码后的信号质量较好，且在低码率下仍能保持较好的语音质量。

（5）矢量量化编码（VQ）VQ编码后的信号质量与码书大小和量化位数密切相关。

实验四语音模数转换与压缩编码实验
一、实验目的
1、了解模拟/数字，数字/模拟信号的转换过程；
2、通过观测A/D、D/A波形，加深对模数转换的理解；
3、了解语音信号压缩的性质和特点；
4、熟悉语音信号压缩的方法；
5、了解AMBE2000完成语音压缩和解压实现方法。

二、实验原理
1、语音模数变换：AD73311芯片完成语音模数变换，它的初始化由AMBE2000完成，本实验中的AD73311采样率是32KHZ。

2、语音压缩编译码：AMBE2000对AD送来的512Kb /S数据进行压缩后送入DSP，然后DSP自环回送至AMBE2000解压，解压数据经DA后恢复成模拟信号。

3、语音编码性能：AMBE2000的压缩率是可以设置的，压缩率可通过SW601进行设置。

三、实验结果
附图：如下。