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語音編碼
來源:互聯網

語音編碼,就是對模擬的語音信號進行編碼。

概述

編碼的重要性

編碼、傳輸、存儲和譯碼是語音數字傳輸和數字存儲的必要過程。

隨著語音通信技術的發展,壓縮語音信號的傳輸帶寬,降低信道的傳輸速率,一直是人們追求的目標。語音編碼在實現這一目標的過程中擔當重要的角色。

語音編碼就是使表達語音信號的比特數目最小。

編碼速率

用比特/秒(b/s或bps)來度量,用I表示,

I=R ? fs ,R代表每個語音采樣值編碼所需的比特數;fs是采樣頻率。

當fs=8kHz,每個采樣值用8比特位來編碼,則編碼速率為64kb/s。

編碼的分類

語音編碼就是對模擬的語音信號進行編碼,將模擬信號轉化成數字信號,從而降低傳輸碼率并進行數字傳輸,語音編碼的基本方法可分為波形編碼、參量編碼(音源編碼)和混合編碼,波形編碼是將時域的模擬話音的波形信號經過取樣、量化、編碼而形成的數字話音信號,參量編碼是基于人類語言的發音機理,找出表征語音的特征參量,對特征參量進行編碼,混合編譯碼是結合波形編譯碼和參量編譯碼之間的優點。波形編譯碼器雖然可提供高話音的質量,但數據率低于16 kb/s的情況下,在技術上還沒有解決音質的問題。

波形編碼

基本原理是在時間軸上對模擬話音信號按照一定的速率抽樣,然后將幅度樣本分層量化,并使用代碼來表示。在接收端將收到的數字序列經過解碼恢復到原模擬信號,保持原始語音的波形形狀。話音質量高,編碼率高。如PCM編碼類(a率或u率PCM、ADPCM 、ADM),編碼速率為64-16kb/s,語音質量好。

參數編碼

根據語音信號產生的數學模型,通過對語音信號特征參數的提取后進行編碼(將特征參數變換成數字代碼進行傳輸)。在接收端將特征參數,結合數學模型,恢復語音,力圖使重建語音保持盡可能高的可懂度,重建語音信號的波形同原始語音信號的波形可能會有相當大的區別。如線性預測(LPC)編碼類。編碼速率低,2.4-1.2kb/s,自然度低,對環境噪聲敏感。

混合編碼(Hybrid coding)

波形編碼與參數編碼相結合,在2.4-1.2kb/s速率上能夠得到高質量的合成語音。混合編碼包括若干語音特征參量又包括部分波形編碼信息,以達到波形編碼的高質量和參量編碼的低速率的優點。

語音編碼的極限速率

語音中最基本的元素是音素,大約有128~256個,如果按通常的說話速度,每秒平均發出10個音素,則信息率為: I=[log2(256)10]bps=80bps

把發音看成是以語音速率來傳送,則語音編碼的極限速率為80bps,從數字化標準的編碼率64kbps,到極限速率80bps,之間的距離,對于理論研究和實踐有著極大的吸引力。

語音信號壓縮編碼的評價系統

語音質量是衡量語音編碼算法優劣的關鍵性能之一。語音質量通常分為四類:

(1)廣播級:寬帶(0-7000Hz)高質量的語音,感覺不出噪聲存在

(2)網絡或電話級:200赫茲3200Hz,信噪比大于30db。

(3)通信級:完全可以聽懂,但和長途電話相比,有明顯失真。

(4)合成級:80%-90%可懂度,音質較差,聽起來像機器講話,失去了講話者的個人特征。

語音質量有主觀和客觀兩種評價方法

主觀評價方法

評價指標:清晰度或可懂度、音質。前者是指語音是否容易聽清楚;后者指語音聽起來有多自然。

(1)可懂度評價 DRT:Diagnostic Rhymer Test

(2)音質評價:

MOS:平均數 Opinion Score 平均意見得分

DAM:Diagnostic Acceptability Measure 判斷滿意度得分。

MOS得分為五級:優、良、可、差和壞。滿分為5分,相當調頻廣播質量;4分以上是長途電話網標準;3.5分為通信標準; 3.0分仍有較好的可懂度,保持自然度;2.5分只維持可懂度,是戰術通信標準。

客觀評價方法

(1)波形失真度,用信噪比來度量

(2)頻譜失真測量

(3)譜包絡失真測量

參考資料 >

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