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1、ADPCM原理與應(yīng)用簡介摘要：本文介紹了PCM、DPCM、DM、ADM以及ADPCM的基本原理，并以ADPCM為文章的重點，對它的編解碼原理及算法實現(xiàn)的流程框圖進行了的討論。最后以ADPCM在通信中的應(yīng)用為例討簡單介紹了在實際通信中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：ADPCMPCMADM編碼原理Abstract:ThisarticleintroducethebasicprincipleofPCM、DPCM、DM、ADMandADPCM.WetakeemphasisonADPCM,anddiscussthetheoremofcod
2、inganddecodingofADPCM,thenintroducetheflowcharofthetheorem.AtlastwetakeADPCMasexampletoseetheuseincommunicationsystem.Keyword:ADPCMPCMADMtheoryofcoding一、引言近幾十年來對語音數(shù)字化和數(shù)字化壓縮進行了許多研究工作，并取得了豐碩的成果。1982年CCITT制定了64kb/s壓擴PCM語音編碼標(biāo)準(zhǔn)G.711。1986年CCITT又制定了32kb/sADPCM語音壓縮編
3、碼標(biāo)準(zhǔn)G.721。ADPCM是波形編碼中非常有效的一種數(shù)字編碼方式。在ADPCM系統(tǒng)中量化器和預(yù)測器均采用自適應(yīng)方式，即量化器和預(yù)測器的參數(shù)能隨輸入信號的統(tǒng)計特性自適應(yīng)于或接近于最佳的參數(shù)狀態(tài)。與PCM系統(tǒng)相比，ADPCM的量化器和預(yù)測器都是根據(jù)前面出現(xiàn)的PCM抽樣值并對下一個抽樣值進行預(yù)測，將當(dāng)前的抽樣值和預(yù)測值進行求差，然后對差值進行編碼。對差值編碼需要的位數(shù)要比直接對原始語音信號編碼所需的位數(shù)少，從而達到對信號壓縮的目的，在這里編碼所包含的信息從原來的原始語音信號變?yōu)檎Z音信號之間的變化。本文對PCM、DP
4、CM、DM、ADM以及ADPCM的基本原理進行討論，并對它們性能進行比較，最后簡單介紹了ADPCM在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用。二、基本原理介紹1.脈沖編碼調(diào)制PCM脈沖編碼調(diào)制PCM（PulseCodeModulation）是使用最為廣泛的調(diào)制方法。在PCM的調(diào)制過程中，將輸入的模擬信號進行取樣，量化和編碼。這種方法通過用脈沖編碼量化后的值來代表模擬信號的幅度，即用二進制的大小來代表模擬信號的幅度。在接收端再將這些編碼的二進制數(shù)還原為原來的模擬信號。2.差分脈沖編碼調(diào)制DPCM差分PCM（DifferentialPCM
5、）記錄的不是信號的絕對大小而是相對大小。因為信號的相對大小的變化通常要比信號本身要小，編碼是所用的碼位也就少。如果取樣頻率足夠高，大多數(shù)連續(xù)的樣值之間會有很大的相關(guān)性。差分系統(tǒng)就是利用這種信息的冗余，不記錄信號的大小，而是記錄相鄰值之間的差值的大小。圖2.1DPCM編碼器示意圖差分編碼采用預(yù)測編碼技術(shù)，從輸入中減去預(yù)測值，然后對預(yù)測誤差進行量化，最終的編碼就是預(yù)測值與實際值之間的差值。解碼器用以前的數(shù)據(jù)對當(dāng)前樣值進行預(yù)測，然后用誤差編碼重構(gòu)原始樣值。這種方法使用的比特數(shù)較少，但它的性能決定于預(yù)測編碼方法以及它對
6、信號變化的適應(yīng)能力。3.增量調(diào)制DMDPCM對輸入信號與預(yù)測值之差進行編碼。當(dāng)取樣的頻率提高時，樣值之間的變化減小，樣值之間的相對性變強。增量調(diào)制DM（Deltamodulation）是一種特殊簡化的DPCM，只用了1bit的量化器，它采用較高的取樣頻率和1比特的編碼。因為只能用一個量化級來代表樣值的變化，為了跟蹤信號的變化，必須使用高的取樣頻率，一般要求在200kHz以上。因此編碼反映的只是差分本身，而不是原始的信號。而且在DM中，當(dāng)語音波形幅度發(fā)生急劇變化時，譯碼波形不能充分跟蹤這種急劇的變化而必然產(chǎn)生失真
7、，這稱為斜率過載。而在沒有語音的無聲狀態(tài)時，或者信號幅度為固定值時，量化輸出都將呈現(xiàn)0、1交替的序列。這種噪聲稱為顆粒噪聲。4.自適應(yīng)增量調(diào)制ADM一般情況下，人耳對過載量化噪聲不是很敏感，而對顆粒噪聲較為敏感，所以要將△的幅值取得足夠小。但是△取得小，過載噪聲就會增大，因而這時必須增加采樣頻率，以減少信號量化過程中的過載噪聲，然而如果提高采樣頻率，那么信息壓縮的效果就會降低。兼顧這兩方面的要求，應(yīng)采用隨輸入波形自適應(yīng)的改變△大小的自適應(yīng)編碼方式，使△值隨信號平均斜率而變化：斜率大時，△自動增大；反之則減小。這
8、就是自適應(yīng)增量調(diào)制ADM（AdaptiveDM）。這個方法的原理是：在語音信號的幅值變化不太大的區(qū)間內(nèi)，取小的△值來抑制顆粒噪音；在幅值變化大的地方，取大的△值來減小過載噪音。其增量幅度的確定方法為，首先在顆粒噪音不產(chǎn)生大的影響的前提下，確定最小的△幅值。在同樣的符號持續(xù)產(chǎn)生的情況下，將△幅值增加到原來的2倍。即當(dāng)+△、+△這樣持續(xù)增加時，如果下一個殘差信號還是相同的符號，那么再將△幅
