语音编码及信道编码ppt课件

1、第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 第第5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.1 概述概述 5.2 参量编码和声码器参量编码和声码器 5.3 矢量和鼓励线性预测编码矢量和鼓励线性预测编码VSELP 5.4 线性分组码线性分组码 5.5 循环码循环码 5.6 交错编码和卷积码交错编码和卷积码 5.7 格形码格形码 习题习题 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.1 概概 述述 5.1.1 语音编码 语音编码的根本方法可分为波形编码和参量编码两种。 波形编码是将时域的模拟语音的(电压)波形信号经过取样、 量化、 编码而构成的数字语音信号。 为了保证

2、数字语音信号解码后的高保真度， 取样速率应满足奈奎斯特取样定理， 并且量化分层数要足够大。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 在选择各种不同的数字语音编码方案时， 应思索以下一些根本要求： 编码速率要低， 语音质量要高； 应有较强的抗噪声干扰和抗误码的性能； 编译码时延应在几十毫秒以内； 编译码器复杂度要低， 便于大规模集成； 功耗要小， 以便顺应手持机。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.1.2 信道编码 著名的仙农(Shannon)定理为实现有效和可靠的通讯奠定了实际根底。 该定理指出： 在有噪声的信道环境下， 只需信源的信息速率不超越信道容量，

3、 就可以找到一种编码方法， 使信息的传输速率恣意地逼近信道容量， 而传输的错误概率恣意地逼近于零， 或者传输的失真度可以恣意地逼近给定的要求。 这里指出了信道编码在实现有效和可靠的通讯方面的重要作用和位置， 并从实际上为信道编码的开展指出了努力方向。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 所谓信道编码， 就是按一定的规律给待传送的数字序列d添加一些多余的码元， 称之为监视码元。 使不具有规律性的信息序列d变换为具有某种规律性的数字序列c， 称之为码序列。 经变换后得到的码序列的诸码元与多余码元之间是相关的； 接纳端的译码器那么根据这种相关性来检测和纠正传输过程中产生的过失。 第

4、第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 信道编码的方法有许多种， 普通可按以下方式分类： (1) 按照信息码元和监视码元之间的约束方式不同， 可分为分组码和卷积码。 (2) 按照信息码元与监视码元之间的关系又可分为线性码和非线性码。 (3) 按照编码后每个码字的构造可分为系统码和非系统码。 (4) 按照修正错误的类型不同， 可以分为纠正随机错误和纠正突发错误的码。 (5) 按照码字中每个码元的取值不同， 还可分为二进制码和多进制码等。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.2 参量编码和声码器参量编码和声码器 5.2.1 参量编码的根本原理 1. 语音信号产生

5、人类的发音器官是一个相当复杂的系统。 来自肺部的气流经过气管、 喉部、 声门进入口腔及鼻腔。 口腔构成一个声道， 并由舌头、 下颌和嘴唇的位置决议其外形。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图5 - 1及图5 - 2分别示出浊音及清音的频谱。 从图中可以看出， 浊音的频谱包络有三个峰值处， 即共振峰频率。 图中的小尖峰点， 即基音fp的谐波， 能量集中在其附近， 相关性较强。 清音的频谱包络没有共振峰和小尖峰点存在， 时间波形特性没有准周期性。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 1 浊音频谱 40 600 fp2 fp3.3f / kHz20

6、 lg|X()|2 / dB第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 2 清音频谱 2020 lg|X()|2 / dB 5003.3f / kHz第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 2. 语音发声过程的物理模型 根据对发音器官的构造和声音产生的机理的分析， 图5 - 3(a)、 (b)、 (c)分别示出语音产生过程的机械模型、 电路模型以及鼓励的功率谱和滤波器的频率呼应特性。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 3 语音产生过程的机械和电路模型(a) 机械模型； (b) 电路模型； (c) 鼓励功率谱和滤波器的频率呼应(

7、a)功率源激励信号时变有损谐振器舌 齿 唇喉气管肺横隔膜机械力气室气流咽喉脉冲流鼻腔口腔第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 3 语音产生过程的机械和电路模型(a) 机械模型； (b) 电路模型； (c) 鼓励功率谱和滤波器的频率呼应(c)(b)激励频谱无声音有声音fff滤波前的频率响应直流/交流变换时变滤波器语声信号直流噪声周期有声/无声判决第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.2.2 线性预测编码(LPC) 线性预测分析法可非常准确地估算语音参数， 而且速度快， 因此获得了广泛的运用。 线性预测是指一个语音的抽样值可用该样值以前假设干个语音抽

8、样值的线性组合来逼近。 假设使二者的差值的平方和到达最小值， 那么可以决议独一的一组预测器的加权系数。 图5 - 4为语音产生模型的简化方框图。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 4 语音产生模型的简化方框图 冲激串发生器随机噪声发生器时变数字滤波器基音周期浊音/清音开关声道参数Gs(n)u(n)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 5 线性预测器及合成滤波器 (a)(b)SnSn1Sn2Sn m1Sn M121212 1212Sn(开关1)或n(开关2)h1hM 1 1 1 1h2Sn1Sn2Sn m1Sn Mh1hMh2SnnhM

9、 1hM 1第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 运用上述线性预测的分析与合成方法的语音编码， 称为语音的线性预测编码(LPC)。 线性预测编解码器的简化方框图如图5 - 6所示， 图(a)为LPC编码器， 图(b)为解码器。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 6 线性预测编码器简化方框图 N抽头LPC滤波器LPC系数系数计算器激励计算器X(n)r (n)激励控制N抽头LPC滤波器LPC系数X(n)X(n)(a)(b)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.2.3 规那么脉冲鼓励长期预测LPC编码(RPE-LTP) 1. 线性预

10、测编码的改良模型 上述LPC编解码器可以保证在一定的可懂度条件下， 使数码率降低到2.44.8 kb/s。 但也存在如下一些缺陷： 损失了语音自然度； 抗噪声干扰才干差； 谱包络的估值可产生很大的失真。 产生这些缺陷的缘由主要是LPC没有将发端的余数(误差)信号送到收端去。第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图5 - 7为几种不同鼓励语音合成模型的简化方框图。 图(a)为普通的LPC声码器； (b)为多脉冲鼓励线性预测编码(MP-LPC)， 它运用一个数目有限、 幅度和位置可调整的脉冲序列作为鼓励源； 图(c)为码鼓励线性预测编码(CELP)， 它运用一个波形的码矢量作为鼓励

11、源。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 7 不同鼓励语音合成模型简化方框图 短时延相关滤波器长时延相关滤波器短时延相关滤波器长时延相关滤波器短时延相关滤波器有声/无声转换开关精细结构频谱包络语音(a)(b)(c)激励第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图5 - 8(b)为合成分析编码器的任务原理方框图。 其中由鼓励发生器、 长时预测、 短时预测合成语音， 合成语音与原始语音比较得到误差， 根据使均方误差最小为最正确的准那么， 来调整鼓励和长时及短时预测， 并将均方误差为最小时的参数输出。图5 - 8(a)给出了三种鼓励源的信号波形： 多脉冲鼓励

12、信号、 规那么脉冲鼓励信号和码鼓励线性预测编码(CELP)的码矢。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 8 合成分析编码原理方框图 激励发生器长时预测短时预测均方误差最小感觉加权原始语音客观误差合成语音主观误差(a)(b)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 (1) 多脉冲鼓励的LPC编码原理。 多脉冲鼓励LPC编码器中的鼓励发生器产生具有一定位置和幅度的脉冲序列来鼓励声道。 声道由长时延及短时延相关滤波器来模拟， 从而合成语音。 (2)规那么脉冲鼓励的LPC编码原理。 所谓规那么脉冲鼓励， 是指鼓励脉冲序列中脉冲的相对位置(间隔)不变， 而只可改

13、动幅度的鼓励源。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 9 RPE编码鼓励源的能够方式 k1k2k3k4L40第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 2. 规那么脉冲鼓励长期预测编解码器 RPELTP线性预测编解码器即是具有长期预测的规那么脉冲鼓励的线性预测编解码器。 这种RPE-LTP线性预测编码方式已用于泛欧GSM数字蜂房挪动通讯系统中， 并作为GSM规范予以公布。 下面分别引见它的编码器和解码器。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 1) RPE-LTP线性预测编码器 图5 - 10(a)示出RPE-LTP线性预测编码器的方框图

14、， 它由预处置、 LPC分析、 短时分析滤波、 长时预测和规那么脉冲鼓励(RPE)编码 5 个部分组成。 现将其各部分的功能分述如下。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 10 RPE-LTP-LPC编/解码原理方框图(a)预加重直流处理S0S分帧自相关Schur递归对数面积比RLAR编码输出编码参数SA(Z)反射系数内插LARLARLAR译码LARLARcd长时分析d长时参数编码长时参数译码Z NbNddedbNebcNc加权滤波xRPE序列选择APCM编码逆APCMRPE序列定位X mXmaxcXmcMcLPC 分析短时分析滤波预处理长时预测RPE 编码Xm第

15、第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 10 RPE-LTP-LPC编/解码原理方框图(b)RPE序列定位编码参数Z NddA1/A(Z)去加重S0S反射系数内插LARLAR解码LARc长时参数译码Ncbc逆APCMMcXmaxcXmceLARvRPE 解码长时预测短时综合滤波后处理NbX m第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 (1) 预处置。 语音信号在预处置部分除去输入信号中的直流分量， 并进展高频分量的预加重， 以便更好地进展LPC分析。 预加重采用一阶FIR滤波器。 (2) LPC分析。 LPC分析的主要目的是从预处置后的语音信号(S)中提取L

16、PC参数。 (3) 短时分析滤波。 短时分析滤波的目的在于得出余量信号d。 (4) 长时预测。 长时预测部分是一个长时预测器环路。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 (5) 规那么脉冲鼓励(RPE)编码。 RPF编码部分将长时预测得出的余量信号e进展规那么脉冲序列提取及量化编码。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 2)RPE-LTP线性预测解码器 图5 - 10(b)为解码器方框图。 图中粗体箭头表示收到的编码参数。 RPE参数Mc、Mmaxc和Xmc； 在解码器中用来重建长时余量信号e， 以供长时预测滤波器产生鼓励信号d。 短时合成(综合)滤波器将其用

17、来恢复成语音信号S。 恢复的语音信号S在后处置部分经去加重后成为解码器最后输出的语音信号S0。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.3 矢量和鼓励线性预测编码矢量和鼓励线性预测编码(VSELP) 5.3.1 矢量量化(VQ)编码 矢量量化是把信号序列中的每K个样值作为一组， 构成空间中的一个K维矢量， 再对此矢量进展量化。 矢量量化编码是将代表语音的矢量构成一个庞大的码本， 发端做线性预测时， 是在码本中找出预测误差信号最小所对应的样值组合的地址。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 矢量量化编码的关键是建立一个好的码本。 对码本的要求是： (1) 码本

18、中的样值组合应与实践语音信号相近； (2) 码本应尽能够的小； (3) 搜索码本的时间短。第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.3.2 码鼓励线性预测编码(CELP) 图5 - 11为CELP的根本原理框图。 与图5 - 8中MPLPC原理方框图比较， 除鼓励部分不同外， 其它部分都是一样的。 在鼓励部分以N个样值为一组， 构成一个N维矢量， 用一个码字代表。 假设干个码字组成一定尺寸的码本， 收、 发端设置同样的码本。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 11 CELP的根本原理方框图 平均增益长时相关滤波器短时相关滤波器感知加权滤波器码字1

19、码字2码本码字k平方激励合成语音输入原始语音客观误差感知加权误差S(n)S(n)C(n)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图5 - 12(a)为码鼓励线性预测(CELP)编解码器的方框图。 在编码器中， 根本的分析过程是在码本中根据某些客观的过失判据去搜索最正确码字(矢量)Ck。 在解码器中根据收到的这些信息， 合成出原始的语声来， 参见图5 - 12(b)。 从图中不难看出， 解码器的构造实践上就是编码器的下半部分(即合成部分)， 其作用原理亦完全一样。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 12 CELP编解码器方框图 Sn感知加权滤波器码本

20、gkXnkVnLTP分析滤波器nLPC合成滤波器Sn增益滤波器参数(b)误差最小化(选择k)码本LPC合成滤波器LTP分析滤波器gkXnkVnnnSn增益滤波器参数(a)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.3.3 矢量和鼓励线性预测编码(VSELP) VSELP是矢量和鼓励线性预测编码(Vector Sum Excited LPC)的缩写， 它是矢量量化的一种详细编码方法。 美国IS-54规范选用的就是VSELP。 它采用的码本为事先确定好的构造， 从而防止了全搜索过程， 大大减少了寻觅最正确码字的时间。 这种编码器用两个码本， 分别用I及H命名。 各由128个40维矢量

21、构成。 每一鼓励信号是由码本I、 H及长时预测时延L三者之和所决议， 故称矢量和鼓励。 图5 - 13为VSELP编解码器的方框图。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 (a)码本 ILTP 分析滤波器码本 Hgiglgh加权LPC 合成滤波器igilglghh滤波器参数PWFSnPnn加权误差误差最小化(选择i , l , h)ilhPn图 5 - 13 VSELP编解码器方框图 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 13 VSELP编解码器方框图 (b)码本 ILTP 合成滤波器码本 HgiglghLPC 合成滤波器igilglghh滤波器参数

22、输出语音Sn第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.4 线线 性性 分分 组组 码码 5.4.1 线性分组码的特点 线性分组码是信道编码中最根本的一类码。 在线性分组码中， 监视码元仅与所在码组中的信息码元有关， 且两者之间是经过预定的线性关系联络起来的。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 在(n, k)码中， 对于k个信息元。 有2k种不同的信息组， 那么有2k个码字分别与之一一对应， 每个码字长n。 这些码组的集合构成代数中的群， 因此又称为群码或块码。 它具有下面的性质： (1) 恣意两个码字之和(模2和)仍为一个码字， 即具有封锁性。 (2) 码的

23、最小间隔等于非零码的最小分量。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.4.2 线性分组码的生成 如前面所述， (n, k)线性码中(n-k)个附加的监视码元是由信息码元的线性运算产生的， 下面以(7， 4)码为例来阐明如何构造这种线性分组码。 (7， 4)码中， 每一个长度为4的信息分组经编码后变换生长度为7的码组， 我们用C6C5C4C3C2C1C0表示这7个码元， 其中C6C5C4C3为信息码元， C2C1C0为监视码元。 监视码元可按下面方程组计算： C2=C6+C5+C4C1=C6+C5+C3C0=C6=C4+C3 (5 - 1) 第第5 5章章 语音编码及信道编码

24、语音编码及信道编码 表 5 - 1 (7， 4)分组码编码表第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 式(5 - 1)的监视方程可以改写为 C6+C5+C4+C2=0 C6+C5+C3+C1=0 C6+C4+C3+C0=0 (5 - 2) 进一步， 写成矩阵方式为 0001001101010101100101110123456CCCCCCC(5 - 3) 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 记作 TTHC0或 0TCH(5 - 4) 其中 100110101010110010111H C=C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 0 =0 0 0第第5 5章章 语

25、音编码及信道编码语音编码及信道编码 H称为监视阵， 是一个37矩阵。 留意到H的后三列组成一个33阶单位子阵I， H的其他部分用Q表示， 那么 H=Q I (5 - 5)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 从线性分组码的性质可知， (n， k)线性码的2k个码字构成n维线性空间中的一个k维子空间， 编码的本质就是要在n维线性空间中， 找出一组长为n的k个线性无关的矢量g0g1gk-1， 使得每个码字C都可以表示为这k个矢量的线性组合， 即 C=mk-1g0+mk-2g1+m0gk-1 (5 - 6) 式中，mi0， 1， i=0,1, , k-1。 将式(5-6)写成矩阵方式

26、得第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 式中，mi0， 1， i=0,1, , k-1。 将式(5-6)写成矩阵方式得MGgggmmmCkkk110021 (5 - 7) 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 由此可见， 当生成矩阵G确定以后， (n， k)线性码也就完全被确定了。 因此， 只需找到码的生成矩阵， 编码问题也就同样被处理了。 在前面的例子中， (7， 4)线性码的生成矩阵为11010000010100011001011100013210ggggG (5 - 8) 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 表5 - 1中的码字均可由它来

27、产生， 即 C=C6 C5 C4 C3 G (5 - 9) (n, k)线性码的G和H之间有着非常亲密的关系。 由于生成矩阵G的每一行都是一个码字， 所以G的每行都满足式(5 - 4)的监视方程， 即 HCT=0T 或 CHT=0 (5 - 10)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 由式(5 - 10)得 0PQIQPIQIPICTTTrTkTrkH所以 TTPQQP或 (5 - 11) 由此可得 rTrTkkIPQIHQIPIG(5 - 12) 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.4.3 检错和纠错 线性分组码的监视矩阵H与生成矩阵G是严密联络在一同的

28、， 它们之间存在着对偶关系。 由生成矩阵G生成的(n， k)线性码， 传送后可以用监视矩阵H来检验收到的码字能否满足监视方程， 因此有的文献也将H称为码的校验阵。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 发送码组C在传输过程中能够发生误码， 设接纳到的码组为 R = rn-1 rn-2 r0 那么收发码组之差为 E = R-C = en-1 en-2 e0 (5 - 13) 其中iiiiicrcre10i=1, 2, , n-1 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 式(5 - 13)也可写作 R=C+E (5 - 14) 在接纳端计算 S=RHT=(C+E)HT

29、=CHT+EHT 由于CHT=0， 所以 S=EHT (5 - 15) 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.4.4 线性分组码的几个重要结论 线性分组码的最小间隔(或最小分量)直接关系到码的检错和纠错才干。 普通情况下， 线性分组码有以下一些重要结论： (1) 假设H是(n， k)线性码的监视矩阵， 那么存在分量为l的码字的充要条件是， H对应的l列的和为0。 例如， 前面引见的(7， 4)线性码， 它的H矩阵为100110101010110010111H第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 (2) 假设线性码(n， k)的最小分量为d， 那么在H中找不到

30、(d-1)或更少的列， 使其相加为0。 例如， 在上例中， 找不到恣意两列相加为0， 因此(7， 4)线性码的最小分量为3。 (3) (n， k)线性码的检错和纠错才干主要由该码的最小码距dmin决议。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 在一个码组内检测e个误码， 要求最小码距dmine+1。 在一个码组内纠正t个误码， 要求最小码距dmin2t+1。 在一个码组内纠正t个误码， 同时检测e个误码(et)，要求最小码距dmint+e+1。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.5 循循 环环 码码 5.5.1 循环码的特点 循环码是线性分组码的一个重要子

31、类， 这类码可以用简单的反响移位存放器来实现， 易于检错和纠错， 是一种很有效的编译码方法。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 循环码除了具有线性分组码所具有的特点之外， 还具有本人独特的循环性， 即循环码C中恣意一个码字， 经过循环移位后依然是C中的码字。 例如， 设(cn-1cn-2c0)是(n， k)循环码C的一个码字， 我们用码多项式C(x)来表示循环码的码字 C(x)=cn-1xn-1+cn-2xn-2+c0 (5 - 16) 该码字循环一次的码多项式是原码多项式C(x)乘x除以xn+1的余式， 写作 C1(x)=xC(x) (模xn+1) 第第5 5章章 语音编

32、码及信道编码语音编码及信道编码 推行下去， C(x)的i次循环移位Ci(x)是C(x)乘xi除以xn+1的余式， 即 Ci(x)=xiC(x) (模xn+1) (5 - 17)()()()(21xgxgxxgxxGkk (5 - 18) 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 码的生成矩阵一经确定， 码也就确定了。 这就阐明， (n， k)循环码可以由它的一个(n， k) 次码多项式g(x)来确定。 我们称g(x)为码的生成多项式。 (n， k)循环码的生成多项式g(x)具有以下性质： g(x)是独一的(n-k)次码多项式， 并且它的次数是最低的。 g(x)是xn+1的因式， 即

33、xn+1 =h(x)g(x)， 这里h(x)称为监视多项式。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.5.2 (n， k)循环码的编码 循环码的生成主要由码的生成多项式决议， 因此， 编码的第一步是求出生成多项式g(x)， 即从 xn+1中选一个n-k次因式作为生成多项式， 普通可经过查表来完成。 有了码的生成多项式g(x)以后， 就可以用它来实现编码了。 设信息码元(mk-1 mk-2m0)的多项式为 m(x)=mk-1xk-1+mk-2xk-2+m0 (5 - 19) 又设监视码元(rn-k-1 rn-k-2 r0)的多项式为 r(x)=mn-k-1xn-k-1+rn-k

34、-2xn-k-2+r0 (5 - 20)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 14 (7, 3)系统循环码的编码器 输出C(x)输入m(x)门2门3门1第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 表 5 - 2 (7， 3)循环码编码器任务过程 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.5.3 BCH码 BCH码是一类特殊的循环码， 它的纠错才干强， 能纠正多个随机错误。 BCH码的构造方便， 编码简单， 译码也较易实现， 在挪动通讯的信道环境中已得到广泛的运用。 对于恣意给定的正整数m和t(t2m-1)， 二元BCH码具有以下参数： 码长 n

35、=2m-1 监视位数 n-kmt 最小间隔 dmin2t+1第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 思索到ai与(ai)2有一样的极小多项式， 因此， BCH码的生成多项式应具如下方式： g(x)=LCM(m1(x)， m3(x)， ，m2t-1(x) (5 - 23) 例 5.1 构造一个m=3， t=1的BCH码。 例 5.2 构造一个能纠正3个错误， 码长为15的BCH码。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 求BCH码的生成多项式是一件繁琐的任务， 已有现成的表格可供查用。 表5 3略列出了一切码长不超越255的本原BCH码， 表5 - 4列出了码长不超

36、越73的部分非本原BCH码。 两个表中g(x)一栏下的数字是生成多项式系数的八进制表示。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 表 5 4 n73的部分非本原BCH码 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.6 交错编码和卷积码交错编码和卷积码 5.6.1 交错编码的概念 首先把信息编成纠错才干为t(或纠突发错误的才干为b)的(n， k)分组码， 再将它们陈列成如下所示的阵列c11 c12 c1nc21 c22 c2n cm1 cm2 cmn 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.6.2 交错码的生成 假设采用的行码是循环码， 那么可以不用

37、阵列存储器就能实现交错编码。 假设(n， k)循环码的生成多项式为g(x)， 可以证明， 交错度为m的交错码(mn， mk)的生成多项式为 gm(x)=g(xm) (5 - 24)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 它的物理意义是在g(x)的各项之间插入m-1个0， 显然， g(xm)可以除尽(xm)n+1= xmn+1， 因此(mn， mk)码也是循环码， 在构造它的编、 译码电路时， 只需用m级移存器替代原行码编、 译码器的每一级即可。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 15 循环码和交错码的编码器(a) (7, 4)循环码编码器； (b)

38、 (21, 12)交错码编码器输入m(x)(a)输入m(x)(b)第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 5.6.3 卷积码 1. 卷积码的根本概念 下面以一个实例阐明卷积码的有关概念。 图5 - 16是一个(2， 1， 2)卷积码编码器。 卷积码可以有多种不同的表示方法， 普通有矩阵法、 码树法、 形状图法和网格图法等， 可根据译码方法的不同而采用不同的表示法。 在维特比译码中， 用形状图和网格图来描画译码过程较为方便。第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 16 (2， 1， 2)卷积编码器 12S输出输入第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及

39、信道编码 图 5 - 17 (2， 1， 2)卷积编码的形状 01100011S301S2111101S110000010S0第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 图 5 - 18 卷积编码的网格图表示 S0 00S1 01S2 10S3 1101234567000000000000001111111111111111111100000010101010100101010101010101101010第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 2. 卷积码的自在间隔 由于卷积码的线性性质， 一切码序列之间的最小汉明距应该等于非0码序列的最小汉明分量， 即非零码序列中“

40、1码的个数。 最小自在间隔dfree可以借助于网格图， 从全零形状出发又回到全零形状的一切非零途径中求得， 其中有一条分量最轻的， 该最小分量就是自在间隔dfree。 例如， 对图5 - 18所示的(2， 1， 2)码而言， 可以求得自在间隔dfree=5。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 表 5 - 5 Rc=1/2的最大自在距卷积码 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 表 5 - 6 Rc=1/3的最大自在距卷积码 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 3. 维特比译码 如前所述， 输入的信息序列经过卷积编码器后， 输出的编码序列C可

41、用网格图中某一特定的途径来表示。 假设码序列C经过信道传输后， 到达译码器时变成序列R， 译码器那么按最大似然法那么力图寻觅编码器在网格图上原来走过的途径， 使相应的译码序列与接纳到的序列之间的汉明间隔最小。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 维特比译码算法的步骤如下： 在第j(j=)个时辰以前， 译码器计算一切的长为个分支的部分途径值， 对进入2k个形状的每一条途径都保管。 从第个时辰开场， 对进入每一形状的部分途径进展计算， 这样的途径有2k条， 挑选具有最大度量值的途径为幸存途径， 删去进入该形状的其它途径。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 反复步骤的“加、 比、 选操作， 假设输入接纳序列长为(L+)k， 其中后段是人为参与的全0段， 那么译码不断进展到第(L+)个时辰为止。 第第5 5章章 语音编码及信道编码语音编码及信道编码 维特比译码的性能具有如下特点： 在编码效率R和信噪比EbN0一定的条件下， 误比特率随着自在间隔dfree(或编码存储)的添加而指数下降。 在R和EbN0一定的条件下， 软判决译码时， 误比特率随着量化电平Q值的添加而下降。 在一定的误比特率下， 对某一个码而言， 软判决比硬判决可以获得23倍的量