基于melp的低码率语音编码技术分析与实现

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1、北京邮电大学硕士学位论文基于MELP的低码率语音编码技术研究与实现1．1研究背景第一章绪论语音是人类交流、传递信息的最常用的形式之一，由于模拟语音信号存在着很大的冗余度，其数字化传输、存储、识别、增强一直是通信网中最重要、最基本的部分，语音压缩编码一直是研究的热点。近十余年来，人们对语音编码的研究有了很大的发展，已有大量的技术应用于远程通信和存储，一些国家和国际标准化组织相继制定了语音压缩的编码的标准，更加推动了语音压缩编码技术的发展。近年来，虽然已有光纤通信等大容量通信手段，但是随着人们对通信要求的不断增加，在通信系统中，节省信道资源依然重

2、要。在移动通信中，移动用户大量增加，需要传输的话路激增，迫切需要采用更低速的语音编码技术以解决在有限的带宽中传输大量话路的问题。在卫星通信中，信道非常昂贵，需要降低语音编码速率以充分利用每个信道的带宽。军事上的保密通信也一直是低速率语音编码的主要应用领域之一，因为保密通信中所提供的带宽非常有限，因此也迫切需要更低的语音编码技术。随着多媒体通信的发展，语音信息通常要跟图像信息、数据等一起传输，需要其具备在复杂的网络环境下传输的条件，这就需要语音编码器在降低编码速率的同时保证语音的质量。因此，低速语音编码的研究成为了热点。在军事通信中，2．4-4

3、．8kbps速率的语音编码应用更为广泛。在2．4Kbps的编码速率上，原有的LPC．10以及LPC．10e虽然尽管能够合成出清晰可懂的语音，但是语音在自然度方面并不令人满意。1997年3月TexasInstruments公司的AlanVMe．Cree等人提出的混合激励线性预i贝t](MELP，Mixed．ExcitationLinearPrediction)算法替换了LPC．10e算法。该算法吸收了MBE、LPC．10e等算法的一些思想，并且采用了许多新的措施，使得在2．4Kbps上能够得到更高质量的合成语音。在国内，由于语音压缩方面的研究起

4、步较晚，对低速率和极低速率语音编码方面的研究还不够深入。目前国内的研究一般是在国外现有理论的基础做一些改进。1．2语音编码技术所谓语音编码，就是将模拟语音信号通过数模转换器进行数字化采样，再北京邮电大学硕士学位论文基于MELP的低码率语音编码技术研究与实现将这些采样值进行有效的压缩编码，使之成为数据流，以便于存储和传输，与模拟语音相比较，使用语音编码技术的数字语音传输和存储系统，具有可靠性高、抗干扰能力强、便于快速交换、易于实现、保密和性价比高等优势。1．2．1语音编码技术的发展语音压缩编码技术一直在尽可能低的码率与良好的合成语音质量的矛盾中

5、发展。随着码率的降低，相应算法的延时和计算复杂度也不断增加。在半个多世纪的研究中，各国学者做出大量的努力，从人类的发音机制和听觉特性出发，对语音的基本元素的声学特性、频谱特性和语意表达等做了大量研究，建立了发音模型、听觉模型，在不同程度上逼近真正的语言过程，并取得了长足的进展，逐步形成了通信和信息处理科学的重要研究方向。语音编码技术的研究开始于1939年美国HomerDudley发明声码器，语音处理开始了参数编码或模型编码的研究。20世纪60年代以前，Sato，Itakura与Atal，Schroeder最早把线性预N(LPC)技术应用到语音

6、分析和合成，以线性组合模型均方误差最小意义下逼近原始波形的方法提取参数，研究出自相关法、协方差法等实用快速算法。在众多声码器中，LPC声码器终因其成熟的算法和参数的精确估计成为研究的主流，并逐步走向实用。一系列数字信号处理方法和算法例如60年代中期形成的数字滤波技术，快速傅立叶变换frET)等，70年代初期产生的线性预测编码(LPC)和同态信号处理算法，大大推进了语音编码技术的发展。1985年，B．S．Atal和M．R．Schroeder提出了CELP算法以后，闭环分析算法成为主流，美国国防部公布了CELP联邦标准。欧洲电讯管理局(GSM)于

7、1988年公布了RPE．L1m线性预测语音编码方案。1989年，北美蜂窝电话工业组织(CTUA)公布了矢量和激励线性预测(VSELP)语音编码方案。1992年，CCITT公布了G．728短时延码激励线性预测语音编(LD．CELP)方案，1996公布了G．729结构代数码激励的语音编码(CS．ACELP)标准。各种标准不断涌现，可见语音压缩编码的研究发展之快。这些算法的共同特点是采用知觉加权技术、LSP(LSF)技术、后置滤波技术、增益自适应技术等。在这10年中，CELP算法是语音压缩编码的主流。目前对语音压缩编码技术的研究主要集中在低速率语音

8、压缩编码上，在大大节省信道带宽的同时保证语音质量。虽然随着大容量通信通道如光纤等宽带信道的引入，一段时间曾认为语音压缩编码技术已没有研究的必要，但实际上，光纤信道目