8kbit/s低延迟语音编码算法研究

论文摘要

低码率、低复杂度的LD-CELP算法在通信领域具有十分重要的意义。G.728是目前低延迟码激励语音编码算法中唯一的16kbit／s的国际标准。本研究以降低码率为目的对G.728算法进行改进，提出了三个延迟为2.5ms的8kbit／s的语音编码算法。实验表明，提出的改进算法在主客观质量上均接近于G.728的水平。低延迟的语音编码算法必须采用实时基音检测，到目前为止基音检测都是基于帧长20ms以上的长延迟算法，不满足实时性要求。因此G.728算法无法采用基音检测。所谓实时基音检测，是指连续监测每帧采样信号，当采样的一帧样点里存在一个基音脉冲时，立刻将它检测出来并计算基音周期。利用小波变换，本研究设计了帧长2.5ms的实时基音检测算法。依据小波变换的多分辨率能力发现第4阶小波系数极值与信号突变点之间存在强相关。以此为基础设计了基于小波变换的语音基音周期实时检测算法。该算法对语音信号分帧处理，通过结合小波域波形和时域波形，采取自适应基准、多特征参数提取小波系数极大值来确定基音周期。该算法在准确检测信号峰值点的基础上，精确提取基音周期，可以同时检测到基音周期的值和起止点，是本文后向基音预测8kbit／s低延迟编码算法的基础。本研究在G.728中引入自适应码书结构，自适应码书由最近的历史激励构成。算法采用归一化的固定码书。训练固定码书时，根据其使用频率对固定码书进行优化设计，通过迭代求出最佳固定码书。增益量化时对自适应码书采用固定量化方案，固定码书采用自适应量化。本文比较了三种延迟为2.5ms的8kbit／s编码方案：方案一采用全搜索模式，对128个自适应码矢、8个增益值和128个固定码矢、8个增益值的全部组合进行搜索，获得最佳的码矢标号和增益；方案二在连续的两帧里对自适应码书采用不同搜索模式：偶数帧的搜索与方案一相同；奇数帧的搜索仅在偶数帧得到的自适应码矢标号前后的小范围内进行；方案三在方案一的基础上增加了后向基音预测，在自适应码书中依据基音预测值确定64个码矢作为搜索对象，并将节省的1个比特用于扩大固定码书尺寸，从而进一步改善编码算法的主客观质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 0.1 本课题研究的背景与意义
• 0.2 语音编码技术的国内外发展状况
• 0.3 论文完成工作
• 0.4 本论文的组织
• 第一章 G.728标准算法
• 1.1 原理概述
• 1.2 LPC系数的计算
• 1.3 感觉加权滤波器
• 1.4 综合滤波器
• 1.5 对数增益滤波器
• 1.6 码书搜索
• 1.6.1 目标矢量
• 1.6.2 码书结构
• 1.6.3 码书搜索算法
• 1.7 后滤波器
• 1.7.1 长时后滤波器
• 1.7.2 短时后滤波器
• 1.7.3 输出增益调节单元
• 第二章 小波分析理论及其在语音信号处理中的应用
• 2.1 概述及特点
• 2.2 小波分析的基本理论
• 2.3 小波分析在语音处理中的应用
• 2.4 基于小波变换的语音信号基音周期实时检测算法
• 2.4.1 小波函数的选择
• 2.4.2 小波尺度的选择
• 2.4.3 基音周期实时检测算法
• 2.4.4 实验结果分析
• 2.5 小结
• 第三章 8kbit/s语音编码算法
• 3.1 算法原理
• 3.1.1 8kbit/s编码原理
• 3.1.2 增益g的精确表达
• 3.1.3 码书的形成与更新
• 3.2 增益的量化
• 3.2.1 增益的固定量化
• 3.2.2 增益的自适应量化
• 3.3 8kbit/s低延迟语音编码方案
• 3.3.1 方案一 自适应码书及固定码书全搜索
• 3.3.2 方案二 自适应码书按奇偶帧搜索
• 3.3.3 方案三 带有后向基音预测的编码方案
• 3.4 小结
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 实验结果的评价标准
• 4.1.1 信噪比SNR的计算
• 4.1.2 PESQ
• 4.2 实验结果分析
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文