2012-第2章 语音信号脉冲编码调制PCM

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绪论语音信号编码--脉冲编码调制PCM语声信号压缩编码时分多路复用及PCM30/32路系统数字信号复接—PDH和SDH数字信号传输差错控制理论

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第2章语音信号脉冲编码调制PCM2.1语音信号编码的基本概念及分类 2.2脉冲编码调制PCM2.3常用编译码芯片介绍

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2.1语音信号编码的基本概念及分类2.1.1信号编码概念语音编码：语音信号的数字化过程。图像编码：图像信号的数字化过程。A/D信源非电/电抽样量化编码加密复用信道编码调制噪声信源电/非电译码低通 D/A解密分路信道译码信道

调解

PCM编译码

PCM编解码系统框图

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脉冲编码调制PCM:Pulse Code Modulation抽样：模拟信号在时间域上离散化的过程。量化：模拟信号在幅度域上离散化的过程编码：每个幅度量化后的样值用代码表示的过程。

模拟信号“调制”抽样脉冲值的编码状态，因此该抽样、量化、编码过程的调制过程称为脉冲编码调制(PCM)。

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2.1.2语音信号编码的分类语音信号编码分为三类： (1)波形编码：对语音信号的波形进行的编码，如PCM、ADPCM、DM等。 (2)参量编码：提取语音信号的特征参量进行编码。 (3)混合编码：介于波形编码和参量编码之间的一种编码方法。

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2.1.3语音信号的基本特征1.语音信号幅度u分布概率密度

P(u)

1).伽玛分布 p( x)

2

x e

k x

u

x

x u/ ue

2).拉普拉斯分布 p( u )

1 2ue

e

2u ue

,

u 2 p u du ue 2

3).高斯分布 p ( x) 1 2

x2 e 2

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2.语音信号的功率密度谱若滤除1500Hz以上的信号，语音的清晰度有明显的下降。 500Hz以后的信号功率将以8~10dB/倍频的速度下降。

语音信号的有效频带范围是300~3400(Hz)。

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3.语音信号的动态范围L

定义

Pmax L 10 log (dB) Pmin

例如：当正弦信号 u(t ) u sin( t )时，则 Pmax1 1 2 2 umax V, 2 2 Pmin 1 umin 2 2

u min L 20 log (dB) V

在电话通信设备的设计中，通常L=40dB,在其范围内信噪比大于26dB。

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2.1.4衡量语音信号的宏观感知特性说明：人耳“相聋”,因此在语音信号通信系统中，首先用信噪比来衡量语音质量，同时还要用“三度”来进一步来衡量，“三度”值也就是人的主观评判分。

可懂度：发有意义的句子，听懂的句子/总的句子 清晰度：发单字，听懂的单字/总的单字 自然度：是指语声的自然特征。用最好，较好，较差，差指标来衡量

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主观评定等级(Subjective Opinion Scale)

平均主观分(MOS:Mean Opinion Score)。目前MOS采用五级评分

标准：质量等级优

MOS收听注意力等级5可完全放松，不需要注意力

良满意(正常)差劣

4 3 21

需要注意，但不需明显集中注意力中等程度的注意力需要集中注意力即使努力去听，也很难听懂

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2.2脉冲编码调制-PCMPCM概念：PCM是实现模拟信号数字化的一种方法。输入信号

抽样

量化

编码

传输

解码

平滑滤波

输出信号

fs(t)

PCM系统中信号处理过程f(t)F(f)

t Ts

-fm

fm

f

fs(t) f(t)

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一、抽样(Sampling) 1.低通型信号抽样(复习)t Ts

抽样定理：设时间连续信号f(t),其最高截止频率为,

1 fm,如果用时间间隔 Ts 2 f的开关信号对f(t)进行抽 m

样，则f(t)就可以被样值信号fs(t)来唯一地表示。

数学表达式 f ( t ) 其中： s 2 f m

n

t nTs s f nTs Sa 2Sa x sin x x

Ts为码元间隔。

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理想抽样样值序列：f s ( t ) f t t nTs n

理想抽样后的样值序列频谱：1 Fs ( ) Ts,

2 F( n s ), s T n s

n=0的成分称为基带，n>1的称为边带。抽样后的样值序列频谱 Fs(f) 下上1下 1上

1 Fs ( f ) Ts

n

F( f nf

s

)

f fs

0

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三种抽样：

(1)理想抽样(2)自然抽样

问题：何种抽样是否会带来信号失真？为什么？如何克服？ t 2 t 2

1 f s ( t ) f t s t nTs , s t n 0 n s Fs ( ) ) F ( n s ) Sa(Ts n 2

(3)平顶抽样(或抽样展宽)

1 f s ( t ) f t t nTs q t , q t n 0 2 Fs ( ) Sa( ) F( n s ), s Ts 2 n Ts

t 2 t 2

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作业：填表理想抽样电路(数学)模型数学表达式时域波形

自然抽样

平顶抽样

频谱表达式频谱图

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2.带通型信号抽样带通信号概念：信号f(t)的最低频率为fl,最高频率为fm,则带宽B= fm- fl。若B≤ fl,则称信号为带通型信号，或带通信号。,

F(f)

B

-fm

-fl

0

fl

fm

f

带通信号示意图