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　　PCM雖然能夠提供相當好的長途通信級話音質(zhì)量，但是其速率過高，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，采用PCM傳送話音占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源嫌過高。為此，人們提出了許多改進技術(shù)，以降低話音編碼的速率，或者說在同樣的碼率下可以進一步提高話音的質(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，其包含的信息量遠小于抽樣值本身。因此一個自然的想法就是設(shè)計一種編碼方法，對此差值進行編碼，而不是對抽樣值本身進行編碼，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)生差分信號最簡單的方法是直接存儲前一次的輸入樣值（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。其原理圖如圖3.1所示

用Z變換考察各點信號的時域關(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，且迭加在輸出信號中。從時域角度看就是每次量化噪聲信號均被記憶下來，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，會使輸出信號越來越偏離正常信號，顯然這是不允許的。因此實際DPCM編碼器是通過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，若某一時刻量化噪聲信號為正，則它將使重構(gòu)的抽樣值增大，從而使下一時刻的差分信號變小，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前時刻抽樣值和上一時刻抽樣值之間的相關(guān)性，實際上當前輸人值不但和上一時刻樣值有關(guān)，還和前面若干個抽樣值都有關(guān)，為了充分利用話音波形中固有的信息冗余，進一步降低編碼比特率，我們可以將前若干個抽樣值的線性組合作為當前輸入信號的預(yù)測值，由此求得差分信號為：

式中，P(Z)稱為線性預(yù)測多項式，llj稱為預(yù)測系數(shù)。ai的選取應(yīng)使差分信號（即預(yù)測誤差）的方差為最小。顯然，預(yù)測多項式階數(shù)越高，預(yù)測誤差就越小，相應(yīng)編碼比特率也可越低。上述基本差分編碼相當于最簡單的預(yù)測系數(shù)恒為1的1階線性預(yù)測。分析表明，如果預(yù)測系數(shù)a;取為常數(shù)，則采用3階線性預(yù)測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)測值由反饋回路產(chǎn)生，也就是說，預(yù)測多項式中用到的前面各次抽樣值都是由預(yù)測誤差量化值反饋生成的重構(gòu)值，并非真實的歷史抽樣值。

　　從能量角度看，采用差分編碼后，由于差分信號比原信號功率減小，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原信號編碼的PCM高，由此得到差分增益或稱預(yù)測增益，其值等于原信號功率和差分信號功率之比。從另一角度說，如保持信噪比不變，則可減小量化器字長，即降低編碼比特率。

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

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

2.自適應(yīng)撮化