(毕业论文   页数:56字数:25492)摘要: 随着通信、计算机网络等技术的飞速发展，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。大量的数字化多媒体信息，对这些信息量进行有效的压缩，然后投入到实际的应用中显得极为重要。
音频压缩指的是对原始数字音频信号流（PCM编码）运用适当的数字信号处理技术，不损失有用信息量，降低其码率，也称为压缩编码。在预测技术产生之后，语音压缩的灵活运用，多种崭新的技术的出现，使语音编码成为了一个令人振奋、活跃的研究领域。
系统分为录制语音及压缩两个模块，使用Visual C++ 6.0编写。本文介绍了语音信号预测编码的数据压缩算法研究的许多方面，主要集中在语音编码的一些主要观念和设计的思想和实现方法，提供了语音编码方面研究的概论，各种语音编码技术以及G.7xx标准，还详细地叙述了有关预测编码以及ADPCM的相关知识，设计了一个在达到一定压缩比的前提下，具有较高语音质量的，用以实现进行语音压缩的软件。

关键词：语音信号，数据压缩，预测编码，ADPCM

ABSTRACT
With the fact that technologies such as communication , computer network develops at full speed, the data compression technology already becomes one key industry-specific technology in digital communication, broadcast , memory and multi-media entertainment in the nowadays. There is a lot of digital multimedia information. It becomes more important that doing effective compression before putting it into practical application.
Audio compression means to primitive figure an audio signal stream (PCM code) uses appropriate techniques of digital signal processing, before do not lose useful information amounts, and reduce the coding (compressing) rates. Audio compression also called the compression code. The flexible application of speech coding behind predicting technology creation, various brand-new technology appearing, which have made speech coding become an inspiring enthusiasm, active research field.
The data compression system is divided into two modules，voice record and compression, which is using Visual C + + 6.0 to program. This paper, in the respect of a lot of being going to introduce that speech signal predictive code data compression algorithm, is focusing on some main concept of speech coding and the designing thought and realization method. It have provided the introduction of various speech coding technology and the G.7xx standards, also have narrated relevance knowledge about predictive coding and ADPCM detailed, and have designed a software for the realization of speech compression in a certain compression ratio on the premise that high voice quality of speech.

KEY WORDS speech coding, data compression, predictive coding, ADPCM

摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1语音信号预测编码的数据压缩研究的目的及意义 1
1.2语音信号压缩编码技术及类别 2
1.3语音信号压缩编码技术的发展概况 4
1.4语音信号预测编码的数据压缩的研究内容 5
第二章 语音预测编码的压缩依据及标准 7
2.1语音信号压缩的基本依据 7
2.2语音信号压缩编码的性能指标及质量评估 8
2.2.1 性能指标 8
2.2.2 质量评估 10
2.3 G.7xx：音频压缩协议 12
第三章 语音信号预测编码的算法基础 14
3.1预测编码(Prediction Coding) 14
3.2差分脉冲编码调制(DPCM) 14
3.3自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) 16
3.3.1 ADPCM编码 18
3.3.2 ADPCM解码 19
第四章 语音预测编码的压缩系统的设计与实现 20
4.1总体设计 20
4.1.1 整体思想 20
4.1.2 程序功能模块 21
4.2模块的设计与实现 25
4.2.1 压缩模块 25
4.2.2 录音模块 27
4.3设计介绍 29
4.3.1 设计环境及wav文件格式的概述 29
4.3.2 界面功能介绍 30
4.4对本设计所选用的算法和及其衍生算法进行分析、比较 33
第五章 总结与展望 36
5.1设计总结 36
5.2工作展望 37
参考文献 38
致谢 39
附录 40

1.1语音信号预测编码的数据压缩研究的目的及意义
在现今的电子信息技术领域，数字化的多媒体信息尤其是数字视频、音频信号的数据量特别庞大，如果不对其进行压缩就难以得到更广泛的应用。现代通信中，科学技术的飞速发展，图像、数据等非话音信息在通信信息总量中所占的比例大大提高，而且这种提高的趋势仍然会继续下去。因此，数据压缩技术已成为当今数字通信、广播、存储和多媒体娱乐中的一项关键的共性技术。
数据压缩能较快地传输各种信号，如传真、Modem通信等；在现有的通信干线并行开通更多的多媒体业务，如各种增值业务；紧缩数据存储容量，如CD-ROM（Compact Disk-Read Only Memory，只读光盘）、VCD（Video Compact Disc，视频光盘）和DVD（Digital Video Disc/Disk，数字化视频光盘）等；降低发信机功率，这对于多媒体移动通信系统尤为重要。由此看来，通信时间、传输带宽、存储空间甚至发射能量，都可能成为数据压缩的对象。
但是，到目前为止，在大多数通信系统中，传输最多的仍然是语音信号，尤其是最近20年，语音压缩编码技术得到了快速发展和广泛应用，在移动通信、卫星通信、多媒体技术以及IP电话通信中得到普遍应用，起着举足轻重的作用。
语音信号是模拟信号，不能直接在数字通信系统中传输，必须先进行模/数转换再进行数/模转换。这种模/数转换和数/模转换就成为语音编译码，其作用是将语音模拟信号转换为数字信号，到了接收端，再将收到的语音数字信号还原为语音模拟信号。语音编译码又简称为语音编码。可见，语音编码技术在数字通信中具有十分重要的作用。
语音编码就是将模拟语音信号数字化，数字化之后可以作为数字信号传输、存储或处理，可以充分利用数字信号处理的各种技术。虽然语音信号在通过一个压缩系统即编解码系统后，可能会引入噪声和一定的失真，但为了减小存储空间或降低传输比特率节省带宽，对数字化之后的语音信号进行压缩编码是必要的，这就必须研究语音预测编码的数据压缩编码技术。
语音编码属于信源编码。自从20世纪70年代以来的二、三十年中，随着科学技术的迅速发展，尤其是随着计算机技术、微电子技术、信号处理技术以及编码理论的发展和进步，语音编码技术取得许多突破性进展，研究出许多实用的编码方案，这些方案在不断研究、改进和应用中日趋成熟，形成了各种实用的语音编码技术。现在，语音编码技术已成为通信技术中一个相当重要的工具，在各种通信网络中都得到了广泛的应用。
在传递语音时选择适当的语音编码技术，充分利用资源并最大限度的利用语音编码方案自身的技术特点是很重要的。语音压缩一般用来描述速率小于64kbit/s语音的数字化。一般情况下，启动时PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）的速率为64kbit/s，压缩后速率变小。在理想状态下，语音质量不会受到影响，但实际上还是会有一些影响，只不过不易察觉而已。目前的语音压缩标准，可以将语音业务在网络中所占带宽可以减少到80％，这样就为其他业务（如数据业务）在网上的传输提供了必要的带宽。
而宽带资源的有限性和对带宽需求的增加，使得语音压缩技术成为分组网络实现语音业务的严峻挑战。将单一的网络合并成为一个整体结构，可以减少通信成本，提高效率，有利于网络资源的管理，因此，研究语音预测编码的数据压缩是很有必要的。

1.2语音信号压缩编码技术及类别
语音信号的压缩编码方法按照传统的分类方法通常分为3类：波形编码、参数编码和混合编码【1】。
波形编码是将时间或频率域（或变换域）信号直接变换为数字信号，力求使重建语音波形保持原始语音信号的波形形状。由于波形编码是对语音时域或频域波形进行编码，这种系统保留原始样值的细节，从而保留了信号的各种过度特征，因此解码声音质量较高，还具有抗噪声性的优点。PCM、△M或DM（Delta Modulation，增量调制）、ADM（Adaptive Delta Modulation，自适应增量调制）、ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation，自适应差分脉冲编码调制）等，都属于波形编码。波形编码当其编码速率进一步降低时，其语音质量等性能指标下降很快。
参数编码又称为声源编码或声码器，有时还称为分析－综合编码，它是将信源信号在频域或其它变换域提取特征参数，然后对这些特征参数进行编码和传输；在译码端再将接收到的数字信号译成特征参数，根据这些特征参数重建语音信号。参数编码是通过对语音信号特征参数的提取和编码，力求使重建信号具有尽可能高的可懂度，即保持原语音信号的语意，却不计较波形的拟合。因此，重建语音信号的波形与原语音信号波形会相差甚远。参数编码的基础是利用人类语音的生成模型，这样在传输过程中只需要传送模型的参数，大大降低了系统的码率，特别适合于无线通信，保密和军事通信领域。参数编码的编码速率可以很低，缺点在于恢复的语音质量较差，只能达到合成语音质量，其次是复杂度高。LPC-10（Linear Predictive Coding，LPC，线性预测编码）和LPC－10e声码器就属于参数编码，还有通道声码器、相位声码器、共振峰声码器、同态声码器等。