1、三種常見語音編碼的性能對比通信系統可分為模擬通信系統和數字通信系統兩大類。 如果在數字通信系統中傳輸模擬信號， 這種傳輸方式被稱為模擬信號的數字傳輸， 這是現代通信的常見類型， 比如在擴頻通信系統或調頻通信系統中傳輸語音。 這時就需要在系統的發送端將模擬語音信號轉換為數字信號，即模數轉換（A/D）;在接收端再將數 字信號轉換為模擬語音信號，即數模轉換（ D/A）。模數轉換包 含采樣、量化、編碼三個步驟。編碼性能的好壞，直接影響語音通信系統的通信質量。 編碼性能的好壞與采樣率、 編碼位數和編碼算法有關。脈沖編碼調制（PCM是最簡單的一種語音編碼算法，直接將量化后的采樣值轉化為一個 k位的M進制的

2、代碼，一般采用的 二進制代碼。一位二進制碼只能代表兩種狀態， 不能表示模擬信號的采樣值， 但一位二進制碼可以表示相鄰兩采樣值的相對大小， 而相鄰采樣值的相對大小同樣能反映模擬信號的變化規律， 這就出現了另外一種編碼方式，即增量調制（ M。與PCMf比，增量調 制獲得更廣泛應用的原因有：在PCMfr, 一個采樣值需要多位代碼表示，而在AM中只需要一位，所以AM 大大降低了碼元輸出 速率，因此在比特率較低時AM的量化信噪比高于PCM勺量化信噪比；AM的抗誤碼性能好，能工作于誤碼率為10-310-2的 信道中，而PCM常要求信道誤碼率為10-610-4 ; AM的編譯 碼器比PC峭單，更易于硬件實現

3、。常見的增量調制方式有線性增量調制（LDM、脈碼增量調 制（DPCM、自適應脈石增量調制（ADPCM、連續可變斜率增 量調制（CVSD。本文重點對LDM ADPCM口 CVSDE種編碼算法 的性能進行對比。仿真模型的搭建本文以 MATLABSimulink 平臺為基礎搭建了驗證LDM、 ADPCM和CVSC碼性能的仿真模型，如圖 1所示。首先選用一段無損錄音作為語音信號源，利用 Simulink 中的 From Multimedia File 模塊提取文件中的語音波形，并可以通過 Rate Transition 模塊控制仿真的采樣率。然后將語音信號分別送入LDM ADPCMf口 CVSDI碼器

4、進行語音編碼，在Trans-mission Channel 中完成調制、高斯白噪聲信道傳輸、解調，最后三路信號分別在 LDM ADPCMfl CVS碼器中完成譯碼和低通濾波， 恢復出語音信號。 為了比較分析三種編碼算法的性能， 將三路輸出分別與原語音信號同時送入示波器模塊， 觀察語 音信號編解碼前后波形的變化。不同采樣率下三種編碼的性能對比在一個通信系統中， 較高的采樣率意味著較高的碼元傳輸速率， 也就意味著占用較大的傳輸帶寬。 為了提高系統的抗噪聲性 能，采樣率越大越好；但從節省頻帶的角度考慮，采樣率越小越 好，這兩者是矛盾的。綜合兩方面的要求，我們可以通過優化編 碼算法，利用盡可能低的采樣

5、率獲得盡可能好的傳輸性能。由于PCM勺編碼位數明顯高于 M因此在低信道傳輸速率 下，PCM勺性能要弱于 M 所以本文重點對 LDM ADPCM口 CVSD 不同采樣率下的編碼性能進行了仿真對比。仿真中，采用了 64kHz、32kHz、16kHz和8kHz四種采樣率，分別得到解調譯碼的輸出波形， 如圖 2 所示。 每張圖中自上而下依次為LDM ADPCIMR CVSDlf應的輸出波形，且黑色曲線為原語音波形，灰色曲線為解調譯碼波形。每張波形圖中，灰色曲線與黑色曲線的擬合程度反映了編碼性能， 兩條曲線越接近說明編碼性能越好。從圖中可以看出，隨著采樣率的降低，LDM ADPCMfl CVSD的編碼性

6、能都有降低的趨勢。其中，LDM在64kHz采樣率時能夠較好地恢復原語音波形， 隨著采樣率的降低， 性能惡化最為明顯，在32kHz采樣率時波形已出現明顯畸變（過載失真），在 16kHz 采樣率時波形已嚴重失真；ADPCMJ LDM比，性能改善明顯，在16kHz采樣率時波形才出現明顯畸變（毛刺增多）；CVSD1采樣率的降低，性能惡化不明顯，在8kHz 采樣率時波形才出現少量毛刺，且毛刺幅度較小。通過對比可以得出，CVSDE三種編碼方式中性能最好，ADPCM：之，LDMf生能最差。在實際應用中，CCITT建議將32kbit/s 的ADPC昨為長途傳輸的語音編碼方式，以 32kbit/s傳信率傳輸的A

7、DPCM1號基本能夠達到以64kbit/s 傳信率傳輸的PCM舌音質量。而在軍事 通信中，為了進一步節約信道資源，廣泛采用以 16kbit/s 傳信率傳輸的CVSD言號，以更低的傳信率獲得相近的話音質量。三種編碼方式抗突發干擾的性能對比前面主要討論了不同采樣率下 LDM ADPCM口 CVSDE種編碼的性能對比， 但在實際應用中， 編碼方式的抗干擾性能也是話音質量的重要影響因素。 為比較三種編碼方式的抗干擾性能， 利用Simulink 中的 Pulse Generator 模塊（如圖 1 所示）產生周期性的脈沖干擾，觀察干擾時段內灰色曲線與黑色曲線的擬合程度。圖 3 所示為某一脈沖干擾時段內的

8、仿真輸出波形示意圖， 從圖中可以看出，在不同采樣率條件下 LDM ADPCIMR CVSDW應的 輸出波形都出現了不同程度的畸變，其中CVSDI碼的畸變最小， 且在干擾時段外能夠迅速逼近原語音信號。由此可見，CVSX有較強的抗突發干擾的能力。三種編碼方式的音質對比以上我們通過波形對比的方式來討論LDM ADPCIMR CVSD勺編？a性能，波形的擬合程度能一定程度上反映編碼方式的性能 好壞， 但并不全面， 因此本文又直接考察了輸出信號的音質和可 懂度。利用 Simulink 中的 To Multimedia File 模塊將LDM、 ADPCM和CVS碼器的輸出波形分別存儲到LDM_outpu

9、t.avi、ADP-CM_output.avi 和 CVSD_output.avi 三個多媒體文件中，實 現了語音信號的重構， 如圖 4 所示。 然后就可以通過直接監聽的方式比較原語音與三個已恢復語音的音質和可懂度。通過對比發現， 在 64kHz 采樣率時， 三種編碼方式恢復的語音信號都有很好的音質和可懂度；在32kHz采樣率時，LDM已出現雜音，可懂度明顯下降，ADPCM）音質和可懂度下降不明顯；在16kHz采樣率時，CVS詠然保持了較好的音質和可懂度，甚至在 8kHz 采樣率時仍然可以聽懂。 同時， 在有突發脈沖干擾時，CVSDt復語音信號的音質和可懂度也是最好的。結束語本文以MATLABSimulink 平臺為基礎搭建了 LDM ADP-C防口CVSD勺編譯