语音通信质量客观评价、有效接收及错误恢复算法研究

摘要

本文力图对语音通信的各个相关领域作全面地了解，因此研究范围涉及语音通信的诸多方面。其研究内容主要在语音质量客观评价算法、信道盲估计与均衡、错误隐藏及恢复技术、用户复用及多用户接收技术四个方面。具体的工作包括： 针对MFCC的滤波器的带宽不能很好的模拟人类听觉系统的临界频带，提出了一种改进滤波带的Mel谱新算法—基于人类听觉要素倒谱系数(HFCC)的Mel谱测度；并针对MFCC系数只能较好地反映出各个带通滤波器输出的能量之和，而对频率的改变不太敏感，提出了一种增加MFCC距离对频率的敏感度的方法，即在求MFCC系数的时候添加频率增强因子。为了得到与频率变化更大的相关性，尝试不用MFCC系数作为计算距离的参数，而直接用N个三角滤波器输出能量的对数作为参数计算距离。 基于对IIR信道输出的过采样，建立了一个等价的单输入多输出的多信道模型。该模型可以进一步分解为一个AR模型和一个FIR多信道模型，可作为后续IIR信道盲估计、盲均衡研究的基础。本章同时证明了在该多信道模型中子信道数是可变的。讨论了子信道数对参数估计效果的影响并用计算仿真验证。基于该多信道模型，介绍了一种基于线性预测的盲均衡算法。仿真结果显示了该算法在低信噪比情况下很接近最优解，并且不需要很大的样本量，不会造成语音通信很大的延迟。 提出了一种高效的Internet上语音包丢失恢复技术，采用了基于奇偶校验码的加载式前向纠错编码(PPFEC)技术，可以在网络存在丢包情况下无损恢复大部分丢失帧信息。此外，将PPFEC技术与语音编码的错误隐藏技术相结合，提出了一种基于保护重要信息的FEC编码，得到更优的解码质量和带宽的性能折衷。客观音质实验表明，该方法在各种丢包率情况下表现出良好的效果。 针对AMR中编码速率为5.15kbits/s的编码技术，研究了各种收端错误恢复方法，创造性的将本来应用于波形编码的错误恢复技术静音替代法、噪声替代法和模板匹配法应用于参数编码错误恢复中，并提出了参数编码前向错误恢复技术、参数编码后向错误恢复技术、参数编码前后向混合错误恢复技术、随机噪声逆滤波法等方法，最后利用线性预测编码倒谱系数距离(LPC-CD)这种语音质量客观测度测量各种恢复方法相对于原始信号的失真度。 提出一种新的基于约束优化的多用户接收算法。该算法针对现有约束优化算法的普遍缺陷：不能保证代价函数和目标用户相关的最小点落在约束空间中。提出利用相同的准则构造代价函数和约束条件，因此能保证目标用户最小点能落在约束空间中，计算机仿真结果显示本章的算法在时变信道有较好的收敛速度，能用于实时语音通信，同时也显示了本文算法优于现有典型算法。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1语音通信概述

1.1.2语音通信关键技术

1.2研究现状

1.2.1语音质量客观评价算法

1.2.2信道盲估计及均衡技术

1.2.3错误恢复技术

1.2.4用户复用及接收技术

1.3论文主要内容及章节安排

第二章一种新的语音质量客观评价算法

2.1引言

2.2基于输入/输出的语音质量客观评价方法

2.2.1波形失真测量

2.2.2频谱失真测量

2.2.3谱包络失真测量

2.2.4欧式距离失真测度

2.2.5似然比失真测度

2.2.6板仓-斋田(Itakura-Saito)谱失真测度

2.2.7 COSH距离测度

2.2.8 LPC倒谱距离测度(LPC-CD)

2.2.9 Mel谱测度

2.2.10巴克谱测度

2.2.11 MBSD

2.2.12 IBSD

2.2.13 PSD

2.2.14组合距离测度

2.2.15语音质量测度(PSQM)[27]

2.3改进滤波带的Mel谱算法

2.4加强频率影响因子的Mel谱算法

2.4.1 MFCC距离与失真频率关系

2.4.2具有频率增强因子的MFCC新算法

2.4.3频率带距离测度(FBD)

2.5小结

第三章基于输出过采样的IIR信道盲估计与盲均衡

3.1前言

3.2数学模型

3.3基于过采样的盲信道估计

3.3.1基于过采样的多信道模型

3.3.2盲估计算法

3.3.3仿真结果和讨论

3.4基于多信道模型的盲信道均衡

3.4.1基于线性预测的盲均衡算法

3.4.2仿真结果和讨论

3.5小结

第四章一种新的基于前向纠错的网络丢包恢复技术

4.1引言

4.2语音丢包恢复常用技术概述

4.2.1基于发送端的信道编码技术

4.2.2基于收端的错误隐藏技术

4.3一种高效语音包丢失恢复技术

4.3.1加载式前向纠错编码技术

4.3.2奇偶校验码

4.3.3基于奇偶校验码的加载式FEC

4.3.4性能评估和参数选取

4.4基于重要信息的FEC编码

4.4.1算法原理

4.4.2实验与分析

4.5小结

第五章基于接收端的语音包丢失恢复技术

5.1引言

5.2 AMR编解码器

5.2.1 AMR语音编码算法介绍

5.2.2 AMR语音解码算法介绍

5.2.3舒适噪声功能

5.2.4 AMR编解码器的错误隐藏机制

5.3波形编码错误恢复技术应用于参数编码

5.4参数编码语音恢复技术的研究

5.4.1参数编码前向错误恢复技术

5.4.2参数编码后向错误恢复技术

5.4.3参数编码前后向混合错误恢复技术

5.4.4随机噪声逆滤波法

5.5小结

第六章基于约束优化的多用户接收技术

6.1引言

6.2数学模型

6.3一种新的约束优化算法及其自适应实现

6.4仿真结果和讨论

6.5小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢