PCM虽然能够提供相当好的长途通信级话音质量，但是其速率过高，尤其在多媒体应用以及在共享信道的数据网中应用时，采用PCM传送话音占用的网络带宽资源嫌过高。为此，人们提出了许多改进技术，以降低话音编码的速率，或者说在同样的码率下可以进一步提高话音的质量。

1.差分编码技术

　　降低编码比特率的基本思路是利用话音抽样信号之间的相关性。分析表明，话音波形中有很多的冗余信息，作为信息冗余的度量，相邻8kHz抽样值之间的自相关系数一般为0.85以上。由此可知，相邻抽样值之差一般很小，其包含的信息量远小于抽样值本身。因此一个自然的想法就是设计一种编码方法，对此差值进行编码，而不是对抽样值本身进行编码，这样所需的比特率必然可以下降。这就是所谓的差分脉冲编码(DPCM)。

　　产生差分信号最简单的方法是直接存储前一次的输入样值（例如用抽样保持电路），然后用模拟减法器获得差值，经量化编码后发送出去。解码器则作相反的处理恢复原信号。其原理图如图3.1所示

用Z变换考察各点信号的时域关系，有：

式中，E(Z)为量化噪声的Z变换，且假设信道无失真。由式(3.3)知，在接收端量化噪声被累积，且迭加在输出信号中。从时域角度看就是每次量化噪声信号均被记忆下来，然后迭加到下一次输出中去。如果量化噪声始终是同一方向的话，会使输出信号越来越偏离正常信号，显然这是不允许的。因此实际DPCM编码器是通过反馈的方式由差分编码值重构生成前一次抽样值的，其结构如图3.2所示。

　　由图可知，若某一时刻量化噪声信号为正，则它将使重构的抽样值增大，从而使下一时刻的差分信号变小，如此即可有效地抵消上一次量化噪声的影响。从Z变换也不难得出同样的结论。由图可得，反馈重构信号为：

即，已消除量化噪声的积累。

　　上述基本的差分编码只利用了当前时刻抽样值和上一时刻抽样值之间的相关性，实际上当前输人值不但和上一时刻样值有关，还和前面若干个抽样值都有关，为了充分利用话音波形中固有的信息冗余，进一步降低编码比特率，我们可以将前若干个抽样值的线性组合作为当前输入信号的预测值，由此求得差分信号为：

式中，P(Z)称为线性预测多项式，llj称为预测系数。ai的选取应使差分信号（即预测误差）的方差为最小。显然，预测多项式阶数越高，预测误差就越小，相应编码比特率也可越低。上述基本差分编码相当于最简单的预测系数恒为1的1阶线性预测。分析表明，如果预测系数a;取为常数，则采用3阶线性预测可有效地提高编码效率，阶数再高改善效果已不明显。

　　图3.3为采用线性预测的DPCM一般结构图。和基本差分编码一样，为了避免量化噪声的积累，预测值由反馈回路产生，也就是说，预测多项式中用到的前面各次抽样值都是由预测误差量化值反馈生成的重构值，并非真实的历史抽样值。

　　从能量角度看，采用差分编码后，由于差分信号比原信号功率减小，其量化限幅电平相应可降小。这样在量化电平数不变的条件下，差分量化器的量化阶距就比原信号的量化阶距要小，即量化噪声减小。因此差分编码的信噪比将比直接对原信号编码的PCM高，由此得到差分增益或称预测增益，其值等于原信号功率和差分信号功率之比。从另一角度说，如保持信噪比不变，则可减小量化器字长，即降低编码比特率。

        分析表明，l阶预测DPCM的差分增益可为5dB,可比PCM减少1比特编码长度，即为56kbit/s比特率。3阶预测DPCM能减少1.5-2比特编码长度，即为48kbit/s比特率。

　　另有一种更为简单的差分编码称为增量调制(DM)。其差分信号也是表示相邻抽样值之差，但是量化值仅用1个比特表示，实际上就是差值的符号。量化步长为固定值L:::..,根据当前输入值比前次值上升还是下降，取差分信号的量化值为今或_L::,,.。这一方法简单，但对信号变化速率大的部分将会产生较大的量化噪声。

2.自适应撮化