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結(jié)構(gòu)原理

　　G.728、G.729和G.723.1都屬于同一類聲碼器，稱之為線性預(yù)測(cè)合成分析(I.PAS-LinearPredicfionAnalysis-by-Synthesis)編碼器，其原理結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。

　　激勵(lì)生成器產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)線性預(yù)測(cè)器后得到重構(gòu)的話音信號(hào)s(1),線性預(yù)測(cè)器模擬聲道特性，加強(qiáng)激勵(lì)信號(hào)的某些頻率域，減弱另一些頻率域，體現(xiàn)了話音的短時(shí)相關(guān)性。激勵(lì)信號(hào)則體現(xiàn)了話音的長(zhǎng)時(shí)相關(guān)性，輸入線性預(yù)測(cè)器的激勵(lì)信號(hào)是量化后的增益和基音信號(hào)。由于臥化誤差的影響，重構(gòu)信號(hào)和輸入信號(hào)s(1)之間必然存在有限的差值e(1),稱之為殘差信號(hào)(residualsignal),最小化過(guò)程的日的就是調(diào)整激勵(lì)信號(hào)，使殘差的方差為最小，由此構(gòu)成確定激勵(lì)信號(hào)的閉環(huán)回路。為了減小量化比特，提高編碼效率，激勵(lì)生成器輸出的是殘差信號(hào)估值，而不是原信號(hào)估值。從頻域上來(lái)說(shuō)，最小化過(guò)程使激勵(lì)信號(hào)暈化噪聲的能量集中在預(yù)測(cè)濾波器的低谷部分，從而使雇化噪聲呈現(xiàn)平坦的類似白噪聲的功率頻譜。

　　經(jīng)過(guò)最小化過(guò)程確定的激勵(lì)信號(hào)星化值就是聲碼器的輸出，接收端的解碼器根據(jù)此信號(hào)和同樣的線性預(yù)測(cè)器恢復(fù)原來(lái)的話音伈號(hào)（實(shí)際上圖4.1.1難框部分所示閉環(huán)回路的下半部分就是解碼器的結(jié)構(gòu)，因此該結(jié)構(gòu)的編碼器己內(nèi)含解碼器。在話音編碼中，常稱編碼過(guò)程為語(yǔ)音分析，它的功能是將話音轉(zhuǎn)換為適于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字形式；稱解碼過(guò)程為語(yǔ)音合成，它的功能是將數(shù)字形式的話音數(shù)據(jù)重新轉(zhuǎn)換為可供人類使用的信號(hào)形式。按這樣的術(shù)語(yǔ)來(lái)解釋，反饋回路中的線性預(yù)測(cè)器是用來(lái)重建信號(hào)的，又稱為預(yù)測(cè)合成器，整個(gè)編碼器是通過(guò)內(nèi)含的語(yǔ)音合成來(lái)完成語(yǔ)音分析過(guò)程的，所以稱之為合成分析器。

　　由于聲道的形狀和大小是隨音素而變化的，因此預(yù)測(cè)合成器是一個(gè)線性時(shí)變系統(tǒng)，其濾波器系數(shù)需定期更新。因此，LPAS的閉環(huán)回路實(shí)際上包含兩層反饋控制。內(nèi)層是線性預(yù)測(cè)濾波器的自適應(yīng)控制，其過(guò)程和ADPCM相同，系數(shù)更新周期為一個(gè)幀長(zhǎng)，典型值為10~30ms。外層是激勵(lì)信號(hào)的優(yōu)化，由于基音周期小于幀長(zhǎng)，因此其更新周期較短，典型值為5~lOms。LPAS的關(guān)鍵技術(shù)是如何確定和量化激勵(lì)信號(hào)。

　　殘差激勵(lì)信號(hào)的量化有多種方法，它是不同LPAS系統(tǒng)的主要差別所在。一種廣為使用的方法稱之為多脈沖激勵(lì)(MPE-multi-pulseexcitation)編碼，該方法用于比特率為lOkbit/s左右的話音編碼器，其復(fù)雜度適中，有良好的話音質(zhì)量。與此類似的一種方法稱為規(guī)則脈沖激勵(lì)(RPE-egularpulseexcitation)編碼，該方法限定激勵(lì)脈沖的位置，復(fù)雜度較低，其比特率及質(zhì)量和多脈沖編碼類似。近年來(lái)得到廣泛使用的方法是碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP-Code-excitedlinearPrediction)編碼，該方法采用矢量量化技術(shù)，用予定義的碼本(codebook)激勵(lì)替代脈沖激勵(lì)，碼本中的每一個(gè)向量對(duì)應(yīng)一個(gè)量化信號(hào)，編碼信息轉(zhuǎn)化為碼本索引。這種方法具有很高的編碼效率，但是復(fù)雜度也很高，由于近年來(lái)高速DSP的出現(xiàn)才使這種方法成為實(shí)用，并以此為基礎(chǔ)演繹出多種低比特率聲碼器標(biāo)準(zhǔn)。