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波形編碼就是根據(jù)話音信號波形導(dǎo)出相應(yīng)的數(shù)字編碼形式,使其在接收端能忠實地再現(xiàn)原始話音。最早的也是最著名的波形編碼就是PCM。波形編碼廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)以及ATM網(wǎng)絡(luò)上的話音傳送(VoiceOverATM),它包含三個過程:抽樣、量化和編碼。
根據(jù)奈奎斯特定理,為了保證信息不丟失,抽樣頻率至少應(yīng)為模擬信號所含最高頻率的2倍,因此話音抽樣頻率均為8kHz,這是所有話音編碼方法的基本假設(shè)。量化就是將連續(xù)的模擬波形劃分為若干離散的區(qū)段,以便用數(shù)字形式表示每個抽樣值。由于用量化值表示連續(xù)抽樣值是近似的,由此必然帶來所謂“量化噪聲"。如果按均勻分段的方式劃分量化區(qū)間,就稱之為均勻量化或線性量化,其主要問題是小信號處量化噪聲大,信號過大超過量化范圍時又會產(chǎn)生顯著的過載戴化噪聲。因此,實際采用的都是非均勻量化。在編碼器中,先對信號進行壓縮變換,然后進行均勻量化,解碼器則需對信號進行逆$擴張變換,整個過程稱之為"壓擴"(companding)。所謂壓縮實際指是對信號的不同區(qū)段進行不同程度的放大,其放大倍數(shù)隨著信號的增大而減小。其結(jié)果是小信號被放大了,而大信號被壓縮了,從而使整個區(qū)段的信噪比均勻一致。理想的壓縮特性曲線為:
y=h+klogW(3.1)式中,w為輸入信號,y為壓縮后的信號,h、K為常數(shù)。因此又稱非均勻量化為對數(shù)量化。由于語音是過零點的雙極性信號,上述理想壓縮是不可實現(xiàn)的,實際采用的是折線近似曲線,即著名的A律和律變換。每個置化值采用數(shù)字碼字表示就稱之為編碼。顯然量化級數(shù)越多,精度越高,所需編碼位數(shù)也越多,一般最高位為符號位。在PCM中每個量化值用8bit碼字表示,編碼速率為64kbit/s。