听觉—声学混合LPC方法研究

论文摘要

语音编码中,感觉加权滤波器、综合滤波器、对数增益滤波器都涉及到线性预测分析技术,这种技术在语音处理中发挥着核心作用。本文的主要工作是提出一种结合声学特性与听觉特性的混合LPC（Auditory-Acoustic- Hybrid -LPC）系数,使得编码后的合成语音听觉质量有了改善,提高了PESQ值。实验结果表明H-LPC可以改善编码算法的合成语音质量,对编码算法的研究有积极意义。本文首先对H-LPC的求解算法进行了研究,基于对美尔倒谱系数（MFCC）与LPC美尔倒谱系数（LPCMCC）的原理分析和算法实现,将MFCC与LPCMCC的听觉特性结合,用MFCC的峰谷值特性去调节LPCMCC,以增强其听觉特性,使之能够真实准确地反映声音的听觉特性,进而将这种听觉性质反馈到LPC系数上。为检测H-LPC加入听觉特性的程度以及声学特性的损耗,实验中对LPC系数进行功率谱密度（PSD）估计检测。原始语音的PSD采用直接法求解,LPC系数的PSD选用AR模型功率谱估计中的Yule-Walker法估计。实验结果表明,H-LPC的PSD相较于传统LPC有一定程度的减弱,但是已经基本达到目前LPC的使用要求,对于原始语音PSD的体现率达到了95%以上。在H-LPC应用在编码算法之前,将其求解算法中的各个参数与编码算法中综合滤波器的参数进行了同一化工作。关键技术是混合窗的加入,通过对MFCC求解算法以及LPCMCC求解流程的对比研究,证明MFCC可以直接使用混合窗代替哈明窗而对运算过程不产生叠加递归影响,LPCMCC的求解中涉及到自相关函数的递归叠加运算,将这部分运算过程修正。同一化工作结束后,求出H-LPC加入8Kbit/s LD-aCELP编码算法。对加入H-LPC的8Kbit/s LD-aCELP语音编码算法得到的合成语音进行收听与PESQ检测。实验结果表明使用综合听觉特性与声学特性的H-LPC系数编解码得到的合成语音质量与G.728编码算法得到的合成语音质量相当,比LD-aCELP算法的合成语音质量高,加入H-LPC的LD-aCELP算法的PESQ值为3.630。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 G.728 编码算法的提出及其研究现状
• 1.1.2 衡量语音编码性能的主要指标
• 1.1.3 本课题的研究意义
• 1.2 基于听觉系统的梅尔倒谱系数（MFCC）
• 1.2.1 听觉掩蔽效应
• 1.2.2 MEL 标度
• 1.2.3 MFCC 系数提取算法
• 1.3 基于LPC 系数的LPC 美尔倒谱系数（LPCMCC）
• 1.3.1 线性预测分析
• 1.3.2 LPCC 倒谱系数
• 1.3.3 LPC 美尔倒谱系数（LPCMCC）
• 1.4 LPCMCC 与MFCC 的异同
• 1.5 论文完成工作及安排
• 第二章 结合听觉特性与声学特性的混合LPC 系数求解
• 2.1 MFCC 参数提取
• 2.1.1 参数设置
• 2.1.2 算法流程
• 2.1.3 输出结果
• 2.2 LPCMCC 的算法实现
• 2.2.1 参数设置
• 2.2.2 算法流程
• 2.2.3 输出结果
• 2.3 用MFCC 调整LPCMCC
• 2.3.1 峰谷值的两两分组
• 2.3.2 峰谷值处理
• 2.3.3 H-LPCMCC 的生成
• 2.3.4 H-LPCMCC 的输出结果图
• 2.4 H-LPC 的求解
• 2.4.1 LPCC 系数的求解
• 2.4.2 H-LPC 系数的求解
• 2.5 小结
• 第三章 基于H-LPC 系数的功率谱估计
• 3.1 功率谱估计（PSD）
• 3.1.1 经典功率谱估计方法
• 3.1.2 AR 模型功率谱估计
• 3.1.3 Yule-Walker 法估计
• 3.2 功率谱估计的C 语言算法实现
• 3.2.1 频率分段
• 3.2.2 模型增益因子
• 3.2.3 算法流程
• 3.3 基于LPC 系数的PSD 输出结果
• 3.4 小结
• 第四章 H-LPC 对LD-aCELP 语音编码算法的改进
• 4.1 G.728 原理概述
• 4.1.1 感觉加权滤波器
• 4.1.2 综合滤波器
• 4.1.3 LPC 系数的计算
• 4.1.4 混合窗的设计
• 4.2 H-LPC 在G.728 编码算法中的应用
• 4.2.1 混合窗在H-LPC 求解算法中的应用
• 4.2.2 综合滤波器算法中混合窗长的改变
• 4.2.3 综合滤波器算法中H-LPC 的接入
• 4.2.4 输入语音和合成语音的波形
• 4.3 PESQ 值的测验
• 4.4 基于PESQ 原理对H-LPC 求解算法的改进探索方案
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文所完成的工作
• 5.2 对未来的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录