探索人耳听觉机制：波形与参数编码在语音压缩中的应用

本章节深入探讨了人的听觉感知机理以及语音编码的两种主要方式：波形编码和参数编码。首先，人类的听觉系统具有掩蔽效应，即对某些频率的声音不那么敏感，这在编码设计中需考虑，以提高效率。其次，人耳对不同频段的敏感性差异意味着编码应重点处理关键频谱区域。 波形编码，也称为脉冲编码调制（PCM），是通过在时间轴上对模拟语音信号进行采样并量化其幅度，然后使用二进制代码表示。这种编码方式保留了原始语音的波形特性，因此声音质量较高，但编码速率也随之增加，一般在64kb/s至16kb/s之间，适合对音质要求较高的应用场景，如电话通信。 参数编码，如线性预测编码（LPC），则侧重于语音信号的数学模型。它通过提取语音特征参数，如声道的线性预测系数，进行编码，然后在接收端利用这些参数和模型重构语音。这种编码方法在低比特率下（如2.4kb/s至1.2kb/s）可提供一定程度的可理解度，但自然度较低，且对环境噪声较为敏感。 混合编码，如RPE-LPT，是波形编码和参数编码的结合，试图在保持相对高质量的同时降低编码速率。它在2.4kb/s至1.6kb/s范围内提供了一种平衡，既能保证语音的清晰度，又能节省带宽资源。混合编码在实际应用中，如IP电话中，发挥了重要作用，通过结合语音特征参数和部分波形信息，实现了高效的压缩和传输。 语音编码是数字语音传输的关键环节，旨在减小数据流量，适应不同的通信环境。选择哪种编码方式取决于具体的应用需求，包括音质要求、带宽限制和实时性等因素。通过了解这些原理，我们可以更好地理解和优化现代语音通信系统的性能。