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　　PCM雖然能夠提供相當(dāng)好的長(zhǎng)途通信級(jí)話音質(zhì)量，但是其速率過(guò)高，尤其在多媒體應(yīng)用以及在共享信道的數(shù)據(jù)網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)，采用PCM傳送話音占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源嫌過(guò)高。為此，人們提出了許多改進(jìn)技術(shù)，以降低話音編碼的速率，或者說(shuō)在同樣的碼率下可以進(jìn)一步提高話音的質(zhì)量。

1.差分編碼技術(shù)

　　降低編碼比特率的基本思路是利用話音抽樣信號(hào)之間的相關(guān)性。分析表明，話音波形中有很多的冗余信息，作為信息冗余的度量，相鄰8kHz抽樣值之間的自相關(guān)系數(shù)一般為0.85以上。由此可知，相鄰抽樣值之差一般很小，其包含的信息量遠(yuǎn)小于抽樣值本身。因此一個(gè)自然的想法就是設(shè)計(jì)一種編碼方法，對(duì)此差值進(jìn)行編碼，而不是對(duì)抽樣值本身進(jìn)行編碼，這樣所需的比特率必然可以下降。這就是所謂的差分脈沖編碼(DPCM)。

　　產(chǎn)生差分信號(hào)最簡(jiǎn)單的方法是直接存儲(chǔ)前一次的輸入樣值（例如用抽樣保持電路），然后用模擬減法器獲得差值，經(jīng)量化編碼后發(fā)送出去。解碼器則作相反的處理恢復(fù)原信號(hào)。其原理圖如圖3.1所示

用Z變換考察各點(diǎn)信號(hào)的時(shí)域關(guān)系，有：

式中，E(Z)為量化噪聲的Z變換，且假設(shè)信道無(wú)失真。由式(3.3)知，在接收端量化噪聲被累積，且迭加在輸出信號(hào)中。從時(shí)域角度看就是每次量化噪聲信號(hào)均被記憶下來(lái)，然后迭加到下一次輸出中去。如果量化噪聲始終是同一方向的話，會(huì)使輸出信號(hào)越來(lái)越偏離正常信號(hào)，顯然這是不允許的。因此實(shí)際DPCM編碼器是通過(guò)反饋的方式由差分編碼值重構(gòu)生成前一次抽樣值的，其結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。

　　由圖可知，若某一時(shí)刻量化噪聲信號(hào)為正，則它將使重構(gòu)的抽樣值增大，從而使下一時(shí)刻的差分信號(hào)變小，如此即可有效地抵消上一次量化噪聲的影響。從Z變換也不難得出同樣的結(jié)論。由圖可得，反饋重構(gòu)信號(hào)為：

即，已消除量化噪聲的積累。

　　上述基本的差分編碼只利用了當(dāng)前時(shí)刻抽樣值和上一時(shí)刻抽樣值之間的相關(guān)性，實(shí)際上當(dāng)前輸人值不但和上一時(shí)刻樣值有關(guān)，還和前面若干個(gè)抽樣值都有關(guān)，為了充分利用話音波形中固有的信息冗余，進(jìn)一步降低編碼比特率，我們可以將前若干個(gè)抽樣值的線性組合作為當(dāng)前輸入信號(hào)的預(yù)測(cè)值，由此求得差分信號(hào)為：

式中，P(Z)稱為線性預(yù)測(cè)多項(xiàng)式，llj稱為預(yù)測(cè)系數(shù)。ai的選取應(yīng)使差分信號(hào)（即預(yù)測(cè)誤差）的方差為最小。顯然，預(yù)測(cè)多項(xiàng)式階數(shù)越高，預(yù)測(cè)誤差就越小，相應(yīng)編碼比特率也可越低。上述基本差分編碼相當(dāng)于最簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)系數(shù)恒為1的1階線性預(yù)測(cè)。分析表明，如果預(yù)測(cè)系數(shù)a;取為常數(shù)，則采用3階線性預(yù)測(cè)可有效地提高編碼效率，階數(shù)再高改善效果已不明顯。

　　圖3.3為采用線性預(yù)測(cè)的DPCM一般結(jié)構(gòu)圖。和基本差分編碼一樣，為了避免量化噪聲的積累，預(yù)測(cè)值由反饋回路產(chǎn)生，也就是說(shuō)，預(yù)測(cè)多項(xiàng)式中用到的前面各次抽樣值都是由預(yù)測(cè)誤差量化值反饋生成的重構(gòu)值，并非真實(shí)的歷史抽樣值。

　　從能量角度看，采用差分編碼后，由于差分信號(hào)比原信號(hào)功率減小，其量化限幅電平相應(yīng)可降小。這樣在量化電平數(shù)不變的條件下，差分量化器的量化階距就比原信號(hào)的量化階距要小，即量化噪聲減小。因此差分編碼的信噪比將比直接對(duì)原信號(hào)編碼的PCM高，由此得到差分增益或稱預(yù)測(cè)增益，其值等于原信號(hào)功率和差分信號(hào)功率之比。從另一角度說(shuō)，如保持信噪比不變，則可減小量化器字長(zhǎng)，即降低編碼比特率。

        分析表明，l階預(yù)測(cè)DPCM的差分增益可為5dB,可比PCM減少1比特編碼長(zhǎng)度，即為56kbit/s比特率。3階預(yù)測(cè)DPCM能減少1.5-2比特編碼長(zhǎng)度，即為48kbit/s比特率。

　　另有一種更為簡(jiǎn)單的差分編碼稱為增量調(diào)制(DM)。其差分信號(hào)也是表示相鄰抽樣值之差，但是量化值僅用1個(gè)比特表示，實(shí)際上就是差值的符號(hào)。量化步長(zhǎng)為固定值L:::..,根據(jù)當(dāng)前輸入值比前次值上升還是下降，取差分信號(hào)的量化值為今或_L::,,.。這一方法簡(jiǎn)單，但對(duì)信號(hào)變化速率大的部分將會(huì)產(chǎn)生較大的量化噪聲。

2.自適應(yīng)撮化