语音编码总结
一、历史与概念
1、模拟的声音信号
话音信号：（口语发声的）200Hz~3400Hz
调幅广播信号：（无线广播）50Hz到7000Hz
调频广播信号：（无线广播）20Hz到16000Hz
激光唱机信号（CD）：10Hz~20000Hz
2、话音编码技术的历史回顾
无线AM 14位 16k 224k PCM 64k
子带ADPCM
88年G.722 64k PCM 8位 8k
（Toll）G.711 无线FM 高保真立体音频 16位 44.1k 905.6k PCM ISO 1990压缩
64k~128k MPEG 每声道在32k~448k
10 20 50 200 3400 7000 1600 20000 Hz
话音编码研究的历史表明，这一领域的研究成果直接为通信产业发展提供了源动力。目前IP电话所用的编码的标准有G.723.1, G.728,
G.729。具有低延迟、低码率、低复杂性、高音质的话音编码算法将是未来IP电话网络的奠基石。
3、若干概念术语
（1）数字信号：标称的不连续信号。它可以用离散的步差从一个状态转变到另一个状态。
（2）采样：按周期T对模拟信号进行测量，称为采样。采样频率Fs=1/T.在满足奈奎斯特定理时，从采样值可准确的恢复原信号。
（3）量化 用数字信号表示话音的过程称为量化。
（4）非均匀量化
非均匀量化可以兼顾动态范围和小信号的系统精度。Reeves提出概念。即对大信号取较大的量化步长。对小信号取较小的量化步长。
二、矢量量化
将k个样点构成的有序集（信源矢量集合）映射为M个恢复失量构成的有限集A（码书，码本）中的某个矢量Yi（码字，码元）的映射，称为矢量量化，它是对标量量化在K维空间的一个推广。
标量量化 矢量量化
量化对象 单个采样点 K个采样点
集合划分 在一维幅度轴上划分有限个区间 1=[a0 a1)…n=[an-1 an) 在k维空间里，划分成有限个子空间S={Si|i=1,2,„M}
语音编码
第一章 音频
1.1 音频和语音的定义
声音是携带信息的重要媒体，是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。对声音信号的分析表明，声音信号有许多频率不同的信号组成，这类信号称为复合信号。而单一频率的信号称为分量信号。声音信号的两个基本参数频率和幅度。
1.1.1声音信号的数字化
声音数字化包括采样和量化。采样频率由采样定理给出。
1.1.2声音质量划分
根据声音频带，声音质量分5个等级，依次为：电话、调幅广播、调频广播、光盘、数字录音带DAT(digital audio tape)的声音。
第二章 语音编码技术的发展和分类
现有的语音编码器大体可以分三种类型：波形编码器、音源编码器和混合编码器。一般来说，波形编码器的话音质量高，但数据率也很高。音源编码器的数据率很低，产生的合成话音音质有待提高。混合编码器使用音源编码器和波形编码器技术，数据率和音质介于二者之间。语音编码性能指标主要有比特速率、时延、复杂性和还原质量。
其中语音编码的三种最常用的技术是脉冲编码调制（PCM）、差分PCM（DPCM）和增量调制（DM）。通常，公共交换电话网中的数字电话都采用这三种技术。第二类语音数字化方法主要与用于窄带传输系统或有限容量的数字设备的语音编码器有关。采用该数字化技术的设备一般被称为声码器，声码器技术现在开始展开应用，特别是用于帧中继和IP上的语音。
在具体的编码实现（如VoIP）中除压缩编码技术外，人们还应用许多其它节省带宽的技术来减少语音所占带宽，优化网络资源。静音抑制技术可将连接中的静音数据消除。语音活动检测（SAD）技术可以用来动态跟踪噪音电平，并将噪音可听度抑制到最小，并确保话路两端的语音质量和自然声音的连接。回声消除技术监听回声信号，并将它从听话人的语音信号中清除。处理话音抖动的技术则将能导致通话音质下降的信道延时与信道抖动平滑掉。
2.1 波形编码 波形编解码器的思想是，编码前根据采样定理对模拟语音信号进行采样，然后进行幅度量化与二进制编码。它不利用生成语音信号的任何知识而企图产生重构信号，其波形与原始话音尽可能一致。
5g通信的语音编码标准
在5G通信系统中，语音编码技术是实现高效、可靠和低延迟语音传输的关键。以下是关于5G通信的语音编码标准的主要内容：
1. 音频编解码器标准
在5G通信中，音频编解码器（Audio Coder）标准是实现语音信号的压缩和编码的核心技术。目前，3GPP组织正在制定新一代的音频编解码器标准，称为3 (Low Complexity Communication Efficient Coding)。该标准旨在提供低复杂度、高通信效率的音频编码方案，以适应5G通信的高速率、大带宽和低延迟的需求。
2. 语音传输协议标准
5G通信系统需要提供低延迟、高可靠性的语音传输协议。为了实现这一目标，一些新兴的语音传输协议正在被开发和应用。其中最具代表性的两种技术是VoNR (Voice over New Radio)和VoLTE (Voice over LTE)。这两种技术都旨在提供高效的语音传输方案，同时保证低延迟和高可靠性。
VoNR是一种基于5G NR（新无线电）技术的语音传输协议。它利用5G的高速率和低延迟特性，实现在移动通信网络中传输语音和视频信号。VoNR可以提供比传统VoLTE技术更高的频谱效率和更低的传输延迟，从而提供更好的语音通话体验。
VoLTE是一种基于LTE技术的语音传输协议。它利用LTE的高速率和低延迟特性，实现在移动通信网络中传输语音信号。VoLTE可以提供与VoNR相似的语音质量和低延迟性能，但需要在LTE网络中进行优化和部署。
3. 语音质量评估和测量标准
为了确保5G通信中的语音质量，需要制定相应的语音质量评估和测量标准。这些标准应该能够评估各种语音编码器和传输协议的性能，以确保它们能够提供高质量的语音传输。例如，主观音质评估（Subjective音质 Evaluation）和客观音质评估（Objective音质 Evaluation）是两种常用的语音质量评估方法。主观音质评估是通过人的听觉感受来评估音质的好坏，客观音质评估则是通过测量信号的客观指标如失真度、噪声水平等来评估音质。在5G通信中，这些评估标准将被用来指导语音编码器和传输协议的设计和优化，以确保提供高质量的语音服务。
语音信号数字化编码
随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路——模数和数模转换器。语音信号的数字化的编码的实现就是将一个语音信号转换成数字信号。
标签：语音信号；数字信号；模数转换
1 设计要求
1.1 语音信号的数字化编码的实现即将模拟信号进行数字化处理。
1.2 要求运用pcm编码（脉冲编码调制）的基本原理。
1.3 要求软硬件结合。
2 设计原理
语音信号数字化编码的实现就是将一个语音信号转换成数字信号。
语音是人类发音器官发出的，具有一定意义的，能起到社会交际作用的声音。普通人语音信号频率范围20HZ——20KHZ。
语音信号转换电信号的过程：声音通过空气把震动传给声音传感器的薄膜，薄膜振动带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生大小不一的电流。
通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（pcm），简称脉码调制。
Pcm系统的原理方框如图1所示，在编码器中有冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的值。这个抽样值仍是模拟量。在它量化之前，通常用保持电路将其作短暂的保存，以便电路有时间对其进行量化。在实际电路中，常把抽样和保持电路作在一起，称为抽样保持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后再编码器中进行二进制编码。这样，每个二进制码组成就代表一个量化后的信号抽样值。
3 基本电路
5 设计总结
21世纪是信息时代。信息技术的迅猛发展和广泛应用为教学提供了丰富的学习资源，所以我们有必要了解信号的传输常用两种模式——模拟信号和数字信号。
