自适应差分脉冲编码调制技术（ADPCM）

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：自适应差分脉冲编码是在差分脉冲编码技术的基础上逐步发展起来的。这种PCM编码方式就是差分脉冲编码。显然，如果保持编码位数不变，则差分脉冲编码信号在量化信噪比方面优于PCM信号。因此，为了获得最佳的编码性能，希望DPCM 系统中的量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳或接近于最佳的DPCM 系统，称为自适应脉冲编码特性自适应调制系统。

对语音信号进行A律压缩PCM编码后的码元速率为64kbit/s，传送64kbit/s数字信号的最小带宽为32k Hz，该值远大于传输一路模拟语音信号的带宽（通常取4k Hz）。为了减小编码的带宽，可以采用语音压缩编码技术。

通常人们把码元速率低于64kbit/s的语音编码方法称为语音压缩编码技术。语音编码的方法很多，研究表明，自适应差分脉冲编码（ADPCM）是语音压缩编码技术中复杂度较低的一种方法，它能以32kbit/s的码元速率达到PCM编码时64kbit/s码元速率的语音质量要求，可作为长途传输系统中使用的一种新型的国际通用的语音编码方法。

自适应差分脉冲编码是在差分脉冲编码（DPCM）技术的基础上逐步发展起来的。PCM编码时，认为带限波形的各样值点是互相独立、互不相关的，因而对各样值点进行单独编码，从而使编码后的信号带宽大大增加。但实际上，按奈奎斯特抽样频率对模拟信号进行抽样时，前后相邻的样值点之间有很强的相关性，即它们之间存在有很大的冗余度。利用这种相关性，可以只对相邻样值之间的差值进行PCM编码。一般来说，差值的幅度较原样值的幅度要小。这样在量化台阶不变的情况下，可以减少编码的位数，从而使编码信号的带宽减小。这种PCM编码方式就是差分脉冲编码。显然，如果保持编码位数不变，则差分脉冲编码信号在量化信噪比方面优于PCM信号。

要实现DPCM，一种方法是用前k个样值来预测当前的样值，然后对当前样值与预测值之间的差值进行量化编码。设xn为当前样值，x^n为预测值，它为前k个样值的线性加权组合，即

pagenumber_ebook=42,pagenumber_book=36

式中 ai——预测系数。

xn与 pagenumber_ebook=42,pagenumber_book=36 的误差en为

选择一组最佳的预测系数 {ai}可使误差en的均方根最小。按以上介绍的线性预测方法工作的DPCM编码器如图3-8 （a）所示。

最简单的一种DPCM编码方法是仅用一个抽样值来代替预测值，这样预测可大为简化。这种编码方法如图3-8 （b）所示。在接收端，将接收值加上前一抽样点的值就得到当前值。这种简单的DPCM编码有实际意义。

pagenumber_ebook=42,pagenumber_book=36

图3-8　DPCM编译码器

（a）编码器；（b）译码器

实际上，语音信号是一个非随机过程，其统计特性随时间不断地变化。因此，为了获得最佳的编码性能，希望DPCM 系统中的量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳或接近于最佳的DPCM 系统，称为自适应脉冲编码特性自适应调制（ADPCM）系统。另一种ADPCM编码方式是使量化级随输入信号的统计特性自适应地改变，即用预测值去控制量化级差，使量化台阶随信号的大小不同而自适应变化。

自适应差分脉冲编码调制技术（ADPCM）

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