语音编码中的频域冗余与压缩策略

语音编码是一种关键技术，用于降低语音信号的传输和存储成本，提高效率。它在音频通信和信息技术领域占据重要地位，特别是在固定电话和移动通信中。存在频域冗余度是编码的一个关键特性，因为语音信号的非均匀长时功率谱密度表明信号在不同频率上的能量分布不均衡，存在着未被充分利用的频谱空间，这表明有潜在的压缩可能性。 在早期的语音编码发展中，起源于60年代，是为了适应窄带电话线传输的需求。早期声码器基于语音信号的周期性和频谱特性，通过周期脉冲或噪声激励多个带通滤波器来模拟语音。随着技术的进步，20世纪50年代后期，出现了基于线性预测的自回归时序模型，如全极点滤波器，其参数通过LPC（线性预测编码）方法获取，这一时期的技术奠定了现代语音编码的基础。 到了20世纪60、70年代，随着VLSI（Very Large Scale Integration）技术和数字信号处理理论的发展，短时傅里叶变换（SIFT）、变换编码（TC）和子带编码（SBC）被应用于语音分析与合成。这些技术的进步促进了基于线性预测的编码技术进一步优化。 为了满足鲁棒性、低码率和高质量的需求，新的编码技术不断涌现，如余弦分析合成技术、多带激励声码器、LPC中的多脉冲和矢量激励以及矢量量化。这些技术的发展焦点在于提供高音质、低延迟的编码方案，确保在嘈杂的噪声信道中仍能实现有效的通信。 波形编码是语音编码的一种类型，它直接处理时域模拟话音的波形信号，通过采样和量化将连续信号转化为离散数字信号，这是最直观的编码方式。然而，这种方式的数据量大，因此需要压缩技术来减少码率。 语音编码是一个复杂而精细的领域，涉及到信号处理、压缩理论、自回归模型、频域分析等多个层面。从长时功率谱密度的观察到实际的编码策略，都是为了克服频域冗余，提高信号的有效性和可靠性，从而满足不断发展的通信需求。随着技术的不断进步，未来的语音编码可能会更注重高效、实时和多模式信号传输。