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第十一章声码器和混合编码

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声音的编码与合成

声音的编码与合成

波形表合成法
预先存储一系列基本波形，通过查表和波形叠加来合成声音 。这种方法音质较高，但存储需求大且灵活性有限。
波形编码合成法
对声音波形进行编码和压缩，然后在解码端还原波形以合成 声音。这种方法可降低存储需求，但可能损失音质。
频率调制合成法
振荡器合成法
使用振荡器生成基本波形，通过调制振荡器的频率、幅度等参数来合成声音。 这种方法可生成丰富的音色，但需要复杂的调制算法。
02
声音编码原理及技术
脉冲编码调制（PCM）
01
02
03
采样
将模拟信号转换为数字信 号的第一步，以固定频率 对模拟信号进行采样，得 到离散的信号样本。
量化
将采样得到的信号样本幅 度近似为最接近的量化级 别，实现幅度值的离散化。
编码
将量化后的样本幅度值转 换为二进制代码，以便于 存储和传输。
差分脉冲编码调制（DPCM）
情感计算与表达
通过分析语音中的情感特征，实现情感的识别和表达，让 机器更加智能地与人类进行交互。
虚拟现实和增强现实领域应用
01
3D音频编码与合成
02
空间音频处理
03
实时音频传输与处理
在虚拟现实中，通过3D音频技术实现 声音的定位和环绕效果，提升用户的 沉浸感。这涉及复杂的音频编码和合 成算法。
在增强现实中，空间音频处理技术可 以将虚拟声音与真实环境声音融合， 使得虚拟对象在听觉上更加逼真。
在虚拟现实和增强现实应用中，需要 实时传输和处理音频数据，以保证用 户体验的流畅性和真实性。这要求高 效的音频编码、传输和解码技术。
06
声音编码与合成技术发展 趋势
更高压缩率和更低失真度方向发展
先进的音频编码算法

《移动通信技术》复习资料

《移动通信技术》复习资料

1、指出几个移动设备供应商，及其所属地区(国家)。

答：华为、中兴：中国；阿尔卡特：法国；北电：加拿大；爱立信：瑞典；三星：韩国2、什么是软切换？N-CDMA系统软切换有什么优越性？答：发生在使用同频的相邻小区间且在同一MSC下的切换称为软切换；3、扩频通信有哪些优点？答：抗干扰能力好；保密性好；可以实现码分多址、抗多径衰落。

4、移动通信的切换由哪三个步骤来完成？答：1、MS发送测试报告；2、网络对测试报告做出分析后，发送切换指令；3、MS与新小区建立链路。

5、分集技术的作用是什么？它可以分成哪几类？答：分集技术，可以改善多径衰落引起的误码，可分为空间分集、频率分集、时间分集、极化分集等。

6、说明GSM系统中MSC的作用。

答:MSC是网络的核心，完成系统的电话交换功能；负责建立呼叫，路由选择，控制和终止呼叫；负责管理交换区内部的切换和补充业务；负责计费和账单功能；协调与固定电话公共交换电话网间的业务，完成公共信道信令及网络的接口。

7、GSM提供的控制信道有哪几种？它们的作用是什么？答：1、广播控制信道，分为：FCCH：频率校正信道，传送校正MS频率的信息；SCH：传送MS的帧同步、BTS的识别码BSIC；BCCH：传播每个BTS 小区特定的通用信息；2、公共控制信道CCCH：基站与移动台间点到点的双向信道；3、专用控制信道DCCH8、GSM网络由几部分组成。

答：有网络子系统NSS、基站子系统BSS,操作子系统OSS、移动台子系统MSS。

9、话务量是如何定义的？什么是呼损率？答：话务量指在一个单位时间(1小时)呼叫次数与每次呼叫平均时间的乘积；一个通信系统里，造成呼叫失败的概率称为呼损率。

10、什么叫位置登记？为什么必须进行位置登记？答：当移动台进入一个新的位置区LA时，由于位置信息的重要性，因此位置的变化一定要通知网络，这就是位置登记；进行位置登记，是为了避免网络发生一起呼叫现象。

11、什么是切换？切换实现过程可以分为哪几类？答: 移动台在通信过程中，由一个小区进入相邻小区，为了保持不间断通信所进行的控制技术叫做切换；切换分为:同一个MSC下不同BSC的切换；同一MSC下同一BSC的切换；不同MSC之间的切换。

【精编】语音编码技术.PPT课件

【精编】语音编码技术.PPT课件
小循环——海上内循环、陆地内循环
想一 想
水循环会对地理环境产生什么影响？
5.水循环的地理意义
a.维持全球水量平衡，使陆地淡水资源得到补充、更新和再生
b. 联系四大圈层（水圈、大气圈、生物圈和岩石圈）， 进行物质迁移和能量交换。
c.影响全球气候和生 态，雕塑地表形态。
想一 想
水循环的意义
维护了全球水量平衡 ----- 水量平衡器 使淡水资源不断更新 -----天然淡水制造厂 调节全球热量平衡 ------大自然的空调 塑造着地表形态 ------ 地形雕塑师
复语音的短时频包络。
202在1/7/31发端引入合成装置，合成/分析法
26
4.2.5 自适应多速率语音编码（AMR）
为什么研究AMR编码?
WCDMA将支持多媒体业务,并支持电路交换、分 组交换方式
移动信道的变化，系统不能工作在最佳的信源和信 道编码速率。如GSM，固定速率编码
信道质量差时，信道编码不足以纠正传输错误，此时应改进信道编码， 减小信源编码，提高语音质量
2021/7/31
10
语音编码的发展
极低速率语音编码，600bps 高保真语音编码 自适应多速率语音编码 新的编码分析技术：
非线性预测 多精度时频分析技术（子波分析技术） 高阶统计分析技术
2021/7/31
11
6.2 语音波形编码
6.2.1 语音波形编码概述
人的语音频带范围为300～3400Hz（一般为0～3400Hz）。 波形编码是直接在时间域上将模拟的语音信号变换为数字 信号。图6.2示出了语音波形数字编码的原理框图。陆地水：约占 Nhomakorabea.5%;
第四节：水循环和洋流
蒸发 我叫小水水汽滴，住在大海里，喜欢到处旅行。这天，我和 伙伴们输正送在海面嬉戏。在阳光的照耀下，不知不觉的身体

人工智能基础(试卷编号1191)

人工智能基础(试卷编号1191)

人工智能基础(试卷编号1191)1.[单选题]以下不是贝叶斯回归的优点的是哪一项A)它能根据已有的数据进行改变B)它能在估计过程中引入正则项C)贝叶斯回归的推断速度快答案:C解析:2.[单选题]人工神经网络是一种模仿生物神经网络行为特征，进行信息处理的数学模型。

A、正确A)错误B)正确C)错误答案:A解析:3.[单选题]RNN作为图灵机使用时，需要一个（ ）序列作为输入，输出必须离散化以提供（ ）输出。

A)二进制B)八进制C)十进制D)十六进制答案:A解析:4.[单选题]Spark比MapReduce快的原因不包括（）。

A)Spark基于内存迭代,而MapReduce基于磁盘迭代B)DAG计算模型相比MapReduce更有效率C)Spark是粗粒度的资源调度，而MapReduce是细粒度的资源调度D)Spark支持交互式处理，MapReduce善于处理流计算答案:D解析:A、B、C是Spark比MapReduce快的原因。

MapReduce不善于处理除批处理计 算模式之外的其他计算模式，如流计算、交互式计算和图计算等。

5.[单选题]L1正则和L2正则的共同点是什么？A)都会让数据集中的特征数量减少B)都会增大模型的偏差C)都会增大模型方差D)没有正确选项答案:D解析:6.[单选题]无轨导航规划的主要研究内容不包括( )。

A)路径规划B)轨迹规划C)自主定位D)避障规划答案:C解析:7.[单选题]声码器是由编码器和( )组成。

A)解码器B)特征提取器C)预处理器D)滤波器答案:A解析:8.[单选题]pandas从CSV文件导入数据的方法是A)pd.read_csv()B)pd.read_table()C)pd.read_excel()D)pd.read_sql()答案:A解析:9.[单选题]平滑图像处理可以釆用RGB彩色（）模型。

A)直方图均衡化B)直方图均衡化C)加权均值滤波D)中值滤波答案:C解析:平滑图像处理可以采用RGB彩色加权均值滤波模型。

语音编码和图像编码的分类及特点

语音编码和图像编码的分类及特点

语音编码和图像编码的分类及特点一、语音编码一般而言，语音编码分三大类：波形编码、参数编码及混合编码。

<1>、波形编码波形编码将时域模拟话音的波形信号进过采样、量化和编码形成数字语音信号，是将语音信号作为一般的波形信号来处理，力图使重建的波形保持原语音信号的波形形状。

具有适应能力强、合成质量高的优点。

但所需编码速率较高，通常在16KB/S以上，并且编码质量随着编码速率的降低显著下降，且占用的较高的带宽。

波形编码又可以分为时域上和频域上的波形编码，频域上有子带编码和自适应变换域编码，时域上PCM、DPCM、ADPCM、APC和DM增量调制等。

①、子带编码它首先用一组带通滤波器将输入信号按频谱分开，然后让每路子信号通过各自的自适应PCM编码器（ADPCM）编码，经过分接和解码再复合成原始信号。

特点：1、每个子带独立自适应，可按每个子带的能量调节量化阶；2、可根据各个子带对听觉的作用大小共设计最佳的比特数；3、量化噪声都限制在子带内某一频带的量化噪声串到另一频带中去。

②、自适应变换域编码利用正交变换将信号有时域变换到另外的一个域，使变换域系数密集化，从而使信号相邻样本间冗余度得到降低。

特点：对变换域系数进行量化编码，可以降低数码率。

③、PCM（Pulse-code modulation），脉冲编码调制对连续变化的模拟信号进行进行抽样、量化和编码产生。

特点是保真度高，解码速度快，缺点是编码后的数据量大。

④、DPCM(Differential Pulse Code Modulation)差分脉冲编码调制是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式，是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。

特点：对于有些信号瞬时斜率比较大，很容易引起过载；而且瞬时斜率较大的信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法；传输的比特率要比PCM低；一个典型的缺点就是易受到传输线路上噪声的干扰。

高中信息技术必修11.2.3数据编码声音编码(第六课时)教学设计.

高中信息技术必修11.2.3数据编码声音编码(第六课时)教学设计.
2.教学目的：
（1）激发学生对声音编码的兴趣，调动学生的学习积极性。
（2）引导学生思考声音编码在实际应用中的作用和价值。
（二）讲授新知
1.教学内容：
（1）声音编码的基本概念、原理和方法。
（2）声音编码的常用格式及其特点。
（3）声音压缩的原理和常见压缩算法。
2.教学过程：
（1）通过PPT展示，讲解声音编码的基本概念、原理和方法，如脉冲编码调制（PCM）等。
（3）及时反馈评价结果，指导学生改进学习方法，提高学习效率。
四、教学内容与过程
（一）导入新课
1.教学活动设计：
（1）通过播放一段学生熟悉的音乐，引导学生关注声音的传播和存储方式。
（2）提问学生：“你们知道这段音乐是如何从录制到播放的吗？在这个过程中，声音是如何被编码和传输的？”
（3）引出本节课的主题：声音编码。
3.掌握声音数据压缩的基本原理，了解常见的声音压缩算法，如MP3、AAC等，并学会运用相应的软件进行声音压缩与解压缩。
4.能够运用所学知识分析和解决实际问题，例如：在音频传输、存储和处理过程中，如何选择合适的编码格式和压缩算法以提高效率和保证音质。
（二）过程与方法
1.通过案例分析，让学生了解声音编码在实际应用中的重要性，培养学生的问题发现和解决能力。
（2）思考如何将声音编码技术与人工智能、物联网等新兴技术相结合，为生活带来更多便利。
作业要求：
1.实践作业需在规定时间内完成，提交声音文件及分析报告。
2.理论作业要求字迹清晰，表述准确，逻辑性强。
3.分析报告要求结构清晰，观点明确，论证充分。
4.探索性问题要求积极思考，提出有价值的观点和方案。
1.充分调动学生的积极性，引导他们主动参与到声音编码的学习中，发挥学生的主体作用。

语音信号处理(ppt)语音编码中常遇到的名词

语音信号处理(ppt)语音编码中常遇到的名词

语音编码中常遇到的名词
RELP 残差激励线性预测编码 是Residual Excited Linear Prediction的缩写。RELP语音编码方法对线性预测得到的预 测残差作进一步的量化，可在中速率上获得较好的合成语音。 CELP 码激励线性预测编码 是Code Excited Linear Prediction的缩写。CELP是近10年来最成功的语音编码算法。 CELP语音编码算法用线性预测提取声道参数，用一个包含 许多典型的激励矢量的码本作为激励参数，每次编码时都在 这个码本中搜索一个最佳的激励矢量，这个激励矢量的编码 值就是这个序列的码本中的序号。CELP已经被许多语音编 码标准所采用，美国联邦标准FS1016就是采用CELP的编码 方法，主要用于高质量的窄带语音保密通信。
输入语音
语音信号编码系统的应用
–一类是编码－传输－解码系统，或称为数字电话通信系统。
输入语音 语音编码器 信道编码器 调制器
传输设备及信道 输出语音 语音解码器 信道解码器 解调器
衡量语音编码性能的主要因素
无论是数字语音录放系统还是数字电话通信系统对语音编码器都提出了 一些共同的要求，其中包括语音编码速率，编码质量，编解码延时以及 算法的复杂程度等。 语音编码或称语音压缩编码研究的基本问题就是在给定的编码速率的条 件下，如何得到尽量好的重建语音质量，或称为编码质量，同时应尽量 减少编解码延时以及算法的复杂程度。或者说在给定编码质量，编解码 延时以及算法复杂程度的条件下，如何降低语音编码所需要的比特率。
语音编码的分类-混合编码
混合编码是将波形编码和声码器的原理结合起来，数码率约在 4kbit/s—16kbit/s之间，音质比较好，最近有个别算法所取得的音质 可与波形编码相当，复杂程度介乎与波形编码器和声码器之间 多脉冲激励线性预测编码，规则脉冲激励线性预测编码，码本激励 线性预测编码都是混合编码器。

语音编码的主要方法

语音编码的主要方法

预测编码（ＡＰＣ）、子带编码（ｓＢｏ及自适应变换编码（ＡＴＣ）等均属于这一种。但这种方式 所需的编码速率较高，在１６ｋｂｉｔ／ｓ～６４ｋｂｉｔ／ｓ速率范围能得到较高的重建质量，而当速率 进一步降低时，语音重建质量就会急剧下降。
（２）参量编码
参量编码，又叫声码化编码。是在信源信号频率域或其它正交域提取特征参量并将 其变换为数字代码进行传输，以及在接收端从数字代码中恢复特征参量，并由特征参量 重建语音信号的一种编码方式。这种方式在提取语音特征参量时，往往会利用某种语音 生成模型在幅度谱七逼近原语音，以使重建语音信号有尽可能高的可懂性，即力图保持 语音的原意，但重建语音的波形与原语音信号的波形却有相当大的区别。这种方式的特 点是编码速率低（１．２ｋｂｉｔ／ｓ～２．４ｋｂｉ怕），但只能达到合成语音的质量（即自然度、讲话者的
（３）复杂度
复杂度决定了编码器硬件的成本和功耗以及软件实现的难度，也影响到语音数据的 实时性。一般越先进的编码器其算法复杂度越高。
（４）语音质量
语音质量是指接收端合成语音的可懂度、自然度和清晰度，他们分别反映说话人的 语义、个人信息和被噪声干扰的程度。声音的质量与声音的频率范围有关，一般来说采
样频率范围越宽、声音质量也就越高，而在口电话中，声音的质量还与语音的时延、抖 动等因素有关。
２．２．３主要语音编码标准
（１）ｃｃｒｒｒ １９７２年确定６４ｋｂｉｔ／ｓ ＰＣＭ语音编码Ｇ７１１建议，极为广泛地应于数字通信，
数字交换机以及一切语音数字化接口。
（２）ｃｃｒｌｌｒ １９８４年确定３２ｋｂｉｔ／ｓ ＡＤＰＣＭ语音编码Ｇ７２１建议，它不仅与ＰＣＭ有相同
重建语音质量，而且具有比ＰＣＭ更优良的抗误码性能，己逐渐广泛应用于卫星，海缆 和数字语音插空设备以及可变速率编码器中。这种ＡＤＰＣＭ算法在１６ｋｂｉｔ／ｓ到６４ｋｂｉｔ／ｓ 的速率范围内其重建语音质量平坦，很适宜于可变速率的应用。 （３）ｃｃｒｒｒ １９９５年５月采纳了由ＡＴ＆Ｔ公司提出的一种称为低迟延码激励线性预测 （ＬＤ－ＣＥＬＰ）语音编码方案，作为１６ｋｂｉｔ／ｓ速率的国际标准，并定为Ｇ７２８建议。ＬＤ－ＣＥＬＰ 算法特点是将语音短时谱与长时谱预测、增益因子预测等参数不是从输入语音中直接提

《数字通信技术》学习笔记

《数字通信技术》学习笔记

《数字通信技术》学习笔记语音编码语音编码的方法语音信号编码分别沿着两个方向发展，一个方向是从PCM出发，基于语音信号波形特点进行编码，称为语音信号的波形编码。

另一个方向是从声码器出发，对语音信号的某些特征参数进行编码，称为参数编码或模型编码。

波形编码波形编码以重构语音波形为目的，力图使重建语音波形保持原语音信号的波形。

编码时用数据表示语音信号的时间波形，在解码端通过重构出与原始语音信号相似的波形来得到近似的话音。

它一般具有适应能力强、话音质量好等优点，但所需用的编码速率高。

参数编码参数编码不以重构原始信号波形为目的。

它将语音信号分段，并提取出能表征语音段特征的参数，在解码端重构一个新的有相似声音但波形不尽同的语音信号，声码器所用的参数，有的是表明声音的短时谱，有的是描述语音产生的数学模型。

这类编码器的优点是编码速率低，例如可以低到2.4kb/s以下，甚至达到800 b/s 。

混合编码算法随着大规模、超大规模集成电路的出现以及计算机技术和信号处理技术的发展，语音编码技术有了突破性的进展，提出了一些非常有效的处理方法，产生了新一代的语音算法，这些算法结合了原有波形编码器质量好和声码器速率低的特点，而克服了它们各自的弱点，因而称为混合编码算法。

语音编码性能的评价语音编码器的性能一般可以从四方面来评价，即比特率、语音质量、信号延时和复杂度。

线路编码线路编码设计通常把表示数字信息的数码形式称为码型,在基带传输系统中所用的码型称为线路传输码型。

根据线路传输的要求选择合适的码型也称为线路编码。

差错控制的基本概念及分类差错控制的基本思想即在发送端根据要传输的数据序列，按一定的规律加入一些多余码元，使原来不相关的数据序列变成相关，即编码。

传输时将多余码元和信息码元一并传送。

接收端根据信息元和多余码元间的规则进行检验，即译码，根据译码结果进行错误检测。

当发现错误时，或者通过反馈信道要求发方重发有错的数据，或者由接收端的译码器自动将错误纠正。

语音编码基础知识

语音编码基础知识
把发音看成是以语音速率来传送，则语音编码的极限 速率为80bps,从数字化标准的编码速率64kbps，到极 限速率80bps，之间的距离，对于理论研究和实践有 着极大的吸引力。
二、语音编码的关键技术 语音信号中存在两种类型的相关性： （1）样点间的短时相关性 （2）相邻基音周期之间的长时相关性
1. 语音信号的短时预测模型
(4)CS-ACELP：共轭结构的代数码本激励线性预测 Conjugate Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction
(5)RPE-LTP：长时预测的规则脉冲激励的线性预 测Regular-Pulse Excited LPC with a Long-Term Predictor
一般地，要求编解码延时不超过5－10ms。
A端的信号＋B端经混 合线圈的回传信号
A端
B端
B端的信号＋A端经混
合线圈的回传信号
2.语音压缩系统的性能指标和评测方法 语音质量是衡量语音编码算法优劣的关键性能之
一。语音质量通常分为四类： （1）广播级 （2）网络或电话级 （3）通信级 （4）合成级
语音质量有主观和客观两种评价方法。
bi z (Di)
长时预测滤波器 iq
D为基音周期，长时预测系数{bi}的个数取1 （q=r=0）或3(q=r=1)。 D、{bi} 从语音信号中直 接提取。语音信号通过长时预测，得出基音周期、
增益（振幅大小）。
激励发生器 1
e(n)
P(z)
1
x(n)
A( z )
完整的语音信号的预测模型
3.感觉加权滤波器
2.参数编码（声源编码 parametric coding）：

第08讲 语音编码(参数编码+混合编码)

第08讲 语音编码(参数编码+混合编码)

算术平均值，即IATC总是大于1的。
因此变换编码必须选择一种合适的正交变换。 DFT、沃尔什-哈达马变换、离散余弦变换DCT、KLT变换。
目前，自适应变换编码的正交变换都是采用DCT。
原因？
2. 正交变换DCT
基于DCT的种种优势，当今自适应变换编码的正交变换普遍采用 DCT。 ① DCT与KLT相比，频域变换明确，且与人的听觉频率分析机 理相对应，较易控制量化噪声频率范围。 ② 兼顾性能与计算量。DTC提供的性能一般在KLT的1~2dB之 内，其它变换则相当差。而KLT的计算量太大。 ③ DCT只需在每帧采用FFT运算即可，因此运算量小、数据量 少，也不需要传输特征矢量。 ④ DCT统计地近似于长时间最佳正交变换和特征矢量，所以 DCT与DFT相比，变换效率高于DFT。 ⑤ DCT与DFT相比，在端点取出波形的影响较小，在频域区的 畸变更小。
编码，力图使重建语音信号在听觉上具有尽可能高 的清晰度和可懂度。
§7.4.1 线性预测声码器
• 线性预测声码器：应用最成功的低速率参数语音编码器。
线性预测 分析器
s(n)
信道
编码器 解码器
线性预测 合成器
s(n)
音调 检测器
LPC声码器框图
• 与利用线性预测的波形编码不同的是它的接收端不再利用残 差，即不具体恢复输入语音的波形，而是直接利用预测系数 等参数合成传输语音。 • LPC有作为预测器和作为模型的双重作用。
Y AX
T
该矢量通过一个正交变换矩阵A,作一个线性变换 式中正交变换矩阵A满足A-1=AT,Y中的元素就是变换域系数， ˆ 它们被量化后形成矢量 ，在接收端通过逆变换重 Y 构出信号矢量
ˆ X ˆ ˆ ˆ X A1Y AT Y

声码器

声码器
声码器
声码器是什么 语音模型 声码器技术 声码器实现 发展方向
声码器是什么
语音（声音）编解码器 Encoder、Decoder、Vocoder 声－语音信号，8K采样，13PCM 码－码本，码字 器－处理器：编码器，解码器
语音器官
喉：声带，声门 声道：一个具有某种谐振特性的腔体，具 体基音周期 嘴 整个系统是一个线性时变系统
混合编码器
融合了波形编码和声源编码技术 两种应用较多的方案：
多脉冲激励线性预测编码器（MPLPC）：设置有N MPLPC N 个激励脉冲样本的序列，选择其中的M个样本激励 使与原始语音误差最小 码激励线性预测编码（CELPC）：N个激励脉冲样 值为一组，构成N维矢量的码字，K个码字形成一个 码本（codebook）。选择与原话音误差最小的激励 码字，并将其在码本中的位置编码传送，而不需要 传输N个激励样值本身
EFR声码器性能
用代数码激励线性预测(ACELP)算法 编码速率为12.2kbit/s 信道编码后速率为22.8kbit/s 具有VAD和DTX功能 MOS评分比RPE-LTP高0.7左右
QCELP声码器
采用Qualcomm码激励线性预测 使用与脉冲激励线性预测编码相同的原 理，将激励脉冲的幅度和位置用一个矢 量码表代替 一个矢量被选定且被量化，形成码表对 数子帧，同时生成音调特性参数子帧和 线性预测滤波器参数子帧
RPE-LTP声码器
GSM系统中采用的规则脉冲激励长期预测编码 方案，属于混合编码中多脉冲激励线性预测编 码 主要特征：设置若干个脉冲位置固定、幅度变 化的脉冲序列作为RPE激励序列 20ms分为4个子帧，在RPE激励序列对应的40 个样值脉冲中，按3：1等间隔抽取13个样点， 非抽取的样点设为0，选择一个使与语音信号 误差最小的一个RPE序列，将其参数编码传输

高中信息技术必修11.2.3数据编码声音编码(第六课时)说课稿.

高中信息技术必修11.2.3数据编码声音编码(第六课时)说课稿.
三、教学方法与手段
（一）教学策略
在本节课的教学中，我将采用以下主要教学方法：
1.案例分析法：通过引入生动的案例，让学生了解声音编码在现实生活中的应用，提高学生的学习兴趣和参与度。
2.小组讨论法：组织学生进行小组讨论，让学生在合作中学习，提高学生的分析问题和解决问题的能力。
3.问题驱动法：设置具有挑战性的问题或任务，激发学生的求知欲和解决问题的能力。
（三）学习动机
为了激发学生的学习兴趣和动机，我将采取以下策略或活动：一是通过引入生动的案例，让学生了解声音编码在现实生活中的应用，提高学生的学习兴趣；二是组织学生进行小组讨论和实践操作，让学生在合作中学习，提高学生的参与度；三是设置具有挑战性的问题或任务，激发学生的求知欲和解决问题的能力；四是给予学生及时的反馈和鼓励，增强学生的自信心，激发学生的学习动力。
（二）教学目标
1.知识与技能：通过本节课的学习，使学生了解声音编码的基本概念，掌握不同类型的声音编码方法，能够运用声音编码的原理对实际问题进行分析和解决。
2.过程与方法：通过小组讨论、案例分析等教学活动，培养学生独立思考、合作探究的能力，提高学生分析问题和解决问题的能力。
3.情感态度与价值观：培养学生对信息技术学科的兴趣，使学生认识到声音编码在现代社会中的重要作用，提高学生对信息技术应用的敏感度和应用能力。
3.案例分析：让学生分析现实生活中声音编码的应用案例，如音频编辑、语音识别等，加深对声音编码的理解。
（四）总结反馈
在总结反馈阶段，我将引导学生进行自我评价，并提供有效的反馈和建议：
1.学生自我评价：让学生回顾本节课所学的知识点，评价自己对声音编码的理解程度，并提出自己的疑问。
2.教师反馈和建议：根据学生的表现和疑问，给予及时的反馈和建议，帮助学生巩固薄弱环节，提高学习效果。

移动通信原理ppt课件

移动通信原理ppt课件
3） 归属位置寄存器HLR HLR是一种用来储存本地用户位置信息的数据库。 当一个移动用户购机后首次使用SIM卡加入蜂窝系统 时， 必须通过MSC在该地的HLR中登记注册， 把其有 关参数存放在HLR中。 4） 鉴权中心AUC 鉴权中心AUC的作用是可靠地识别用户的身份， 只允许有权用户接入网络并取得服务。
第1章 移动通信基本原理
CDMA的基本组成与GSM的大同小异， 交换网络 子系统NSS、 基站子系统BSS、 操作维护子系统OMS 和手机MS是必不可少的组成部分。
图1-2中， PCF部分主要实现对分组数据业务的处 理功能。 它能够提供强大的分组数据处理能力， 满足 用户对高速分组数据的传输要求， 能适应目前和将来 不断增长的业务需要。
第1章 移动通信基本原理
5） 设备号识别寄存器EIR 设备号识别寄存器EIR存放设备类型信息， 每个移 动电话机都有一个国际移动设备识别码IMEI， EIR用 来监视和鉴别移动设备， 并拒绝非法移动台入网。
第1章 移动通信基本原理
6） 操作维护子系统OMS 操作维护子系统OMS， 又称操作维护中心。 其任 务主要是对整个GSM网络进行管理和监控。 通过OMS 实现对GSM网内各种部件功能的监视、 状态报告、 故 障诊断等功能。
第1章 移动通信基本原理
2.3.1 频分多址（FDMA） FDMA是把通信系统的总频段划分成若干个等间
隔的频道（或称信道）分配给不同的用户使用。 这些 频道互不交叠， 其宽度应能传输一路话音或数据信息， 而在相邻频道之间无明显的串扰。 如图1-3所示。
第1章 移动通信基本原理
图1-3 频分多址的频道划分
1.2.1 数字移动通信系统基本组成 一个数字移动通信系统主要由交换网络子系统NSS、
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例如，由于语音能量的不平衡，对于含有基音频率和第一共振峰 的低频部分，对语音清晰度等主观品质影响较大，应分配比较多 的信息、量化细些；反的妨害程度，整体上也能降低 比特数。另外，量化噪声只能出现在各被分割的频带内，对其 他频带没有任何影响，所以可以较容易地控制噪声谱。
语音编码分类：波形编码，Waveform Coder; 参数编码，Parametric Coder; 混合编码，Hybrid Coder
波形编码
特点：针对语音波形进行编码，尽量保持输入波形不变，即恢复 的语音信号基本上与输入的语音信号波形相同。 优缺点：具有适应能力强、语音质量好等优点，缺点是需要的编 码速率高。 在16-64kbit/s的数码率上能给出高的编码质量，当数码率进一步 降低时，其性能下降较快。 典型的编码方式：脉冲编码调制PCM、自适应差分脉冲编码调制 ADPCM、子带编码SBC等。
自适应差分脉冲编码调制ADPCM及自适应增 量调制ADM
在DM中，与量化阶梯 相比，当语音波形幅度发生急剧变化时， 译码波形不能充分跟踪这种急剧的变化而必然产生失真，这称为 斜率过载。 相反地，在没有输入语音的无声状态时，或者是信号幅度为固定 值时，量化输出都将呈现0、1交替的序列，而译码后的波形只是 的重复增减。这种噪声称为颗粒噪声，它给人以粗糙的噪声感 觉。
各子带的带宽可以是相同的也可以是不相同的，相同的称为等带 宽子带编码，不同的称为变带宽子带编码。
正交镜像滤波器组
自适应变换编码ATC
第11章 语音编码（2）-声码器技术及混合编码
参数编码也称为模型编码。它是对语音信号建
立模型，然后对模型参数或是语音的特征参数进行
编码，力图使重建语音信号在听觉上具有尽可能高 的清晰度和可懂度。
前向自适应是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。 其特点是使用原始信号提取预测系数，精度比较高，预测的效 果好。 但是需要将预测器系数用边信息传送到接收端的解码器，从而 减小了差值信号量化的有效比特数，处理的延时比较大。
子带编码SBC
子带编码（Sub-Band Coding，简称SBC）也称为频带分割编码
w1
带通滤波
w2
f s1 2w1
频率搬移 f s 2 2w2 频率搬移 量化编码 量化编码
s(n)
带通滤波
合 发信码 路
wM
带通滤波 频率搬移 量化编码
首先使用带通滤波器组将语音信号分割成若干个频段也称为子带， 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，最后再进行编码处理。而信号的恢复按与 上面完全相反的过程进行。
自适应脉冲编码调制 (APCM)是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。这种自适应可以是瞬时自适应， 即量化阶的大小每隔几个样本就改变，也可以是音节自适应，即 量化阶的大小在较长时间周期里发生变化。 改变量化阶大小的方法有两种：一种称为前向自适应(forward adaptation)，另一种称为后向自适应(backward adaptation)。 前向是指(n) 是由估计输入信号而得到的，而后向是指由估计 量化器的输出
2. 自适应增量调制ADM
为了减少斜率过载失真，必须把设计得大一些；但是过大， 又增加了颗粒噪声。因此，兼顾两方面要求，需按均方量化误差 为最小（即使两种失真均减至最小）来选择。
即采用随输入波形自适应地改变大小的自适应编码方式，使 值随信号平均斜率而变化；斜率大时，自动增大；反之则减小。 这就是自适应增量调制（Adaptive，DM，简称ADM）。
PCM的量化方式
均匀量化与非均匀量化
国际上采用两种非均匀量化方法：A律和 律
3.自适应PCM(APCM)：
PCM 在量化间隔上存在矛盾：为适应大的幅值要用大的 ，但为 了提高信噪比又希望用小的。除了前面介绍的非均匀量化外，还 有一种是采用自适应方法，称为自适应PCM （adaptive PCM，简 称APCM）。
概述
语音编码目的：在保持可以接受的失真的情况下，采用尽可能少的 比特数表示语音，即减少传输码率或存储量。
编码后同样的信道容量能传输更多路的信号，因而这类编码又称 为压缩编码，压缩编码需要在保持可懂度与音质、降低数码率和 降低编码过程的计算代价三方面折衷。
传输码率：也称为数码率，指传输每秒钟语音信号所需要的比特 数。
译码
f s1 2w1
w1
频率搬移 带通滤波
w2
收信码 分
路
f s 2 2w2
译码 频率搬移
sr(n)
带通滤波
译码
f sM 2wM
wM
频率搬移 带通滤波
SBC解码器
SBC的优点是对应于人的听觉特性，可以比较容易地考虑噪声的抑 制；即各子带可以选用不同的量化参数以分别控制其信噪比，满足 主观听觉的要求。
引入自适应技术后、ADM大约可增多10dB的增益。实验表明， 取样率为56kHz时ADM具有与取样率为8kHz时的7bit对数PCM相 同的语音质量。
差分脉冲编码调制DPCM
降低传输比特率的一种方法是减少必须编码的信息量，这要利用 语音信号中大量的冗余度。在相邻的语音样本之间存在着明显的 相关性，因此，对相邻样本间的差信号（差分）进行编码，便可 谋求信息量的压缩，因为差分信号比原语音信号的动态范围和平 均能量都小。这种编码称为差分脉冲编码调制（Differential PCM， 简称DPCM）。 DPCM实质上是预测编码APC的一种特殊情况，是最简单的一阶 线性预测，即 A(z) = 1 – a1z-1 当a1= 1时，被量化的编码是e(n)＝x(n) - x(n-1)
声码器：即参数编码
特点：先对语音信号进行分析，提取出其参数，对参数进行编码， 解码后这些参数重新合成出重构的语音信号。力图使重建的语音 信号具有尽可能高的可懂度，而不必保持波形的一致。
优缺点：优点是编码速率低，可以低到2.4kbps甚至以下，缺点是 合成语音质量差，特别是自然度低，处理复杂。 典型的编码方式：如通道声码器、相位声码器、同态声码器、线性 预测声码器等。
后向自适应是从量化器刚输出的过去样本中来提取量化阶信息。 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。 后向自适应预测利用量化后的信号提取预测信号，避免了前向自 适应预测的缺点，但是由于存在量化噪声，使得预测系数的提取 精度收到一定的影响。
预测编码及其自适应APC
在第六章中我们详细讨论了线性预测分析原理，利用线性预测可 以改进编码中的量化器性能，因为预测误差e(n)的动态范围和平均 能量均比信号x(n)小，如果对e(n)进行量化和编码，则量化bit数将 减少。在接收端，只要使用与发送端相同的预测器，就可恢复原 信号x(n)。
§11.1 线性预测声码器

线性预测声码器：应用最成功的低速率参数语音编码器。
线性预测 分析器
s ( n)
将语音信号编码为二进制数字序列，最简单的方法是对其直接进行 模/数变换；只要取样率足够高，量化每个样本的比特数足够多， 则可以保证解码恢复的语音信号有很好的音质，不会丢失有用信息。
然而对语音信号直接数字化所需的数码率太高，例如，普通的电 话通信中采用8kHz取样率，如用12bit进行量化，则数码率为 96kbit/s。这样大的数码率即使对很大容量的传输信道也是难以承 受的，因而必须对语音信号进行压缩编码。
由于a1是固定的，显然它不可能对所有讲话者和所有语音内容 都是最佳的，如果采用高阶（p > 1）的固定顶测，改善效果并 不明显；比较好的方法是采用高阶自适应预测。采用自适应量 化及高阶自适应预测的DPCM称为ADPCM，它本质上也是一种 APC。
CCITT（国际电报电话咨询委员会）在1984年提出的32kbit/s编 码器建议（G．721），就是采用ADPCM作为长途传输中一种新 的国际通用语音编码方案。这种ADPCM可达到标准kbit/sPCM的 语音传输质量，并具有很好的抗误码性能。
按传输码率分类
高速率语音编码：速率32kbit/s以上, PCM, 64kbit/s, 主 要用于公用电话网;
中高速率语音编码：速率16-32kbit/s, ADPCM, 32kbit/s, 主要用于公用网; 中速率语音编码：速率 4.8-16kbit/s, GSM 用的 RPE/LTP 13kbit/s 、 VSELP, 8kbit/s 主要用于数字移动通信话音邮 件; 低 速 率 语音 编 码 ：速 率 1.2-4.8kbit/s, CELP, 4.8kb/s 、 LPC, 1.2kb/s, 主要用于保密话音; 极低速率语音编码：速率1.2kbit/s以下
第10章 语音编码(1)—波形编码

概述及分类 脉冲编码调制PCM 预测编码及其自适应APC 自适应差分脉冲编码调制ADPCM及自适应增量调
制ADM

子带编码SBC
自适应变换编码ATC
概述
语音编码：Speech Coding, 在语音通信及人类信息交流中占举足 轻重的地位。研究对语音信号进行压缩传输、存储等内容。目前数 字通信得以广泛应用，语音编码是将模拟语音数字化的手段。
基于这种原理的编码方式称为预测编码(predictive coding，简称PC)
当预测系数是自适应随语音信号变化时，又称为自适应预测编码 (Adaptive PC，简称APC)。
ˆ ( n) e(n) x(n) x
语音数据流一般分为10 20 ms相继的帧，而预测器系数（或其 等效参数）则与预测误差一起传输。 在接收端，用由预测器系数控制的逆滤波器再现语音。采用自适 应技术后，预测器P(z)要自适应变化，以便与信号匹配。